植物傳感器在列！2023年十大新興技術(shù)發(fā)布

來源：中國戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)

在夏季達(dá)沃斯論壇（世界經(jīng)濟(jì)論壇第十四屆新領(lǐng)軍者年會(huì)）上，《2023年十大新興技術(shù)報(bào)告》正式公布。

編輯：感知芯視界

世界經(jīng)濟(jì)論壇執(zhí)行董事Jeremy Jurgens介紹，《2023年前沿技術(shù)十大報(bào)告》（以下簡稱“報(bào)告”）旨在幫助各行業(yè)的專業(yè)人士預(yù)測可能出現(xiàn)指數(shù)級(jí)發(fā)展的技術(shù)，解讀其影響、推動(dòng)塑造產(chǎn)業(yè)和服務(wù)社會(huì)的應(yīng)用。

這十大新興技術(shù)包括以下內(nèi)容。

01柔性電池

從可卷曲的計(jì)算機(jī)屏幕到“智能”服裝，電子產(chǎn)品未來將越來越“靈活”。可穿戴設(shè)備、柔性電子和可彎曲顯示屏的快速發(fā)展迫切需要能夠與這些系統(tǒng)的靈活性相匹配的電源。標(biāo)準(zhǔn)的硬性電池很快可能會(huì)成為過去，因?yàn)楸⌒汀⑷嵝缘碾姵兀ㄓ煽梢暂p松扭曲、彎曲或拉伸的輕質(zhì)材料制成）已經(jīng)進(jìn)入市場。

目前有幾種類型的柔性電池可供選擇。這些電池可充電，包括放置在導(dǎo)電聚合物電流收集器上的鋰離子或碳鋅體系。在某些情況下，添加劑可以增強(qiáng)導(dǎo)電性和柔韌性。柔性電池的電極可以涂覆或甚至印刷在柔性基底上，包括石墨烯、碳纖維或織物等碳基材料。

柔性電池市場預(yù)計(jì)將在未來幾年迅速擴(kuò)張。一項(xiàng)研究預(yù)測，全球柔性電池市場在2022年至2027年間將增長2.4億美元，在此期間的復(fù)合年增長率為22.79%。增長的主要驅(qū)動(dòng)因素預(yù)計(jì)將是對(duì)可穿戴設(shè)備的需求增加以及電子產(chǎn)品微型化和柔性化的趨勢。

LG化學(xué)、三星SDI、蘋果、諾基亞、前沿科技、意法半導(dǎo)體、藍(lán)火花科技和富麗電池新技術(shù)在內(nèi)的幾家公司正在積極開發(fā)和商業(yè)化柔性電池技術(shù)。

02生成式人工智能

生成式人工智能（AI）是一種強(qiáng)大的AI類型，它可以通過學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的模式、使用復(fù)雜的算法和受人腦啟發(fā)的學(xué)習(xí)方法，創(chuàng)造新的原創(chuàng)內(nèi)容。雖然生成AI目前主要專注于生成文本、計(jì)算機(jī)編程、圖像和聲音等領(lǐng)域，但這項(xiàng)技術(shù)可以應(yīng)用于各種目的，包括藥物設(shè)計(jì)、建筑和工程。

最近流行的ChatGPT這類基于AI的語言模型可以提高生產(chǎn)力和改善輸出質(zhì)量，將人類任務(wù)從草稿撰寫轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">創(chuàng)意生成和編輯。生成AI技術(shù)特別有益于能力較低的工人，可以提高工作滿意度和自我效能感。鑒于采用這些新技術(shù)可能帶來的生產(chǎn)力提升，我們必須意識(shí)到可能出現(xiàn)的工作替代現(xiàn)象。因此，制定支持工人提升技能的政策和計(jì)劃至關(guān)重要，以確保技術(shù)創(chuàng)新的好處得到廣泛分享，并使工人具備在不斷變化的就業(yè)市場中蓬勃發(fā)展所需的技能。

最新的發(fā)展涉及可以做出重要決策或采取重大行動(dòng)的自主AI系統(tǒng)。例如，AutoGPT是使用GPT-4語言模型的自主AI應(yīng)用程序。AutoGPT可以通過將目標(biāo)分解為較小的任務(wù)，并利用互聯(lián)網(wǎng)搜索或文本到語音技術(shù)等工具，自動(dòng)完成用戶確定的目標(biāo)。

生成AI技術(shù)，特別是自主AI技術(shù)，越來越多地融入人們?nèi)粘Ｉ畹亩鄠€(gè)方面，引發(fā)了公眾的興奮和關(guān)注。為了建立公眾對(duì)生成AI的信任，應(yīng)確保應(yīng)用程序符合約定的專業(yè)和道德標(biāo)準(zhǔn)。

03可持續(xù)航空燃料

航空業(yè)每年產(chǎn)生的二氧化碳排放占全球總量的2-3％，根據(jù)預(yù)測，2022年至2050年間航空業(yè)的排放量將達(dá)到39千兆噸。電動(dòng)汽車在陸地交通中的使用正迅速增加，但航空業(yè)在減少碳排放方面面臨困境，因?yàn)殚L途飛行需要更高能量密度的燃料。此外，更換飛機(jī)的高成本意味著現(xiàn)有機(jī)隊(duì)將繼續(xù)運(yùn)營數(shù)十年，而且電動(dòng)或氫燃料飛機(jī)可能在任何情況下都無法用于長途飛行。

目前出現(xiàn)了一種無需對(duì)現(xiàn)有航空基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模改變的解決方案：可持續(xù)航空燃料（SAF），它由生物（例如生物質(zhì)）和非生物（例如二氧化碳）資源生產(chǎn)。結(jié)合其他減碳策略，包括系統(tǒng)范圍的運(yùn)營效率、新技術(shù)和碳抵消，SAF應(yīng)該可以使航空業(yè)在未來幾十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)凈零碳排放。

目前，SAF在全球噴氣燃料需求中所占比例不到1％，但到2040年，這個(gè)比例必須增加到13-15％，以使航空業(yè)在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放。目前，利用可再生能源從生物原料中生產(chǎn)SAF的能力正在穩(wěn)步增加。根據(jù)國際航空運(yùn)輸協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)，2022年SAF的生產(chǎn)量達(dá)到至少3億升（樂觀估計(jì)為4.5億升），幾乎是2021年的三倍。越來越多的航空公司承諾使用SAF，這一趨勢將通過全球努力加速，例如世界經(jīng)濟(jì)論壇的“清潔明天藍(lán)天計(jì)劃”和“先行者聯(lián)盟”。

美國材料測試協(xié)會(huì)（ASTM）已經(jīng)批準(zhǔn)了九種可持續(xù)航空燃料，可以與傳統(tǒng)石油基噴氣燃料按比例混合，比例可高達(dá)50％。2023年，英國的一個(gè)聯(lián)合體將交付首次全凈零可持續(xù)航空燃料跨大西洋飛行的任務(wù)，展示了這項(xiàng)迅速發(fā)展的技術(shù)的潛力，并將世界更近地推向凈零航空。

04工程噬菌體

噬菌體是有選擇性感染特定類型細(xì)菌的病毒?？茖W(xué)家現(xiàn)在可以借助越來越復(fù)雜的基因工程工具，重新編程噬菌體以感染指定細(xì)菌，使其能夠在植物、動(dòng)物和人類微生物群落中的諸多共存的細(xì)菌類型中專門針對(duì)其中一種。例如，由于噬菌體通常只感染一種類型的細(xì)菌，因此可以針對(duì)復(fù)雜的微生物組中的個(gè)體細(xì)菌種類進(jìn)行靶向治療。

工程噬菌體顯示出治療與微生物組相關(guān)的疾病的潛力，例如溶血性尿毒癥（HUS），這是一種罕見但嚴(yán)重的影響腎臟和血液凝固功能的疾病，由特定的大腸桿菌引起?？茖W(xué)家改造了感染大腸桿菌的噬菌體的遺傳物質(zhì)，使其編碼能夠切割導(dǎo)致HUS的大腸桿菌基因的遺傳“剪刀”。動(dòng)物研究表明，給予這些設(shè)計(jì)噬菌體顯著減少了微生物組中導(dǎo)致HUS的大腸桿菌菌株的存在，并減輕了HUS的癥狀。

在44項(xiàng)具有治療目的的工程噬菌體相關(guān)臨床試驗(yàn)中，有29項(xiàng)是自2020年初以來發(fā)布的?；谑删w的治療方法，無論是自然噬菌體還是工程噬菌體，都將繼續(xù)成為一種強(qiáng)大的工程微生物組的方法，增強(qiáng)人類、動(dòng)物和植物的健康。

05改善心理健康的元宇宙

針對(duì)不斷加重的心理健康危機(jī)，產(chǎn)品開發(fā)者正在開始構(gòu)建共享虛擬空間來改善心理健康。

過度使用屏幕和社交媒體可能會(huì)降低心理健康，但在負(fù)責(zé)任的使用下，它們也可以提升幸福感。在共享的虛擬空間中建立連接可能有助于對(duì)抗不斷加劇的心理健康危機(jī)。虛擬共享空間是人們可以在其中進(jìn)行專業(yè)和社交互動(dòng)的數(shù)字環(huán)境。這些空間的未來通常被稱為“元宇宙”，可能包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）或虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）增強(qiáng)的虛擬共享空間。就像目前存在多個(gè)共享虛擬平臺(tái)一樣，可能會(huì)存在多個(gè)元宇宙，其目的和沉浸程度各不相同。

一些游戲平臺(tái)已經(jīng)被利用于心理健康治療。這些平臺(tái)不僅增加了患者的參與度，還有助于消除心理健康問題的社會(huì)污名。例如，DeepWell Therapeutics創(chuàng)建了用于治療抑郁癥和焦慮癥的視頻游戲；總部位于英國的Xbox工作室Ninja Theory已將心理健康意識(shí)融入大眾市場游戲，并計(jì)劃通過他們的Insight項(xiàng)目擴(kuò)展到治療領(lǐng)域；TRIPP創(chuàng)建了Mindful Metaverse，通過啟用虛擬現(xiàn)實(shí)引導(dǎo)正念和冥想來提升幸福感。

利用元宇宙滿足心理保健需求的持續(xù)性可能是一個(gè)雙贏的局面。不僅患者會(huì)受益，而且將元宇宙與實(shí)際必要的應(yīng)用結(jié)合起來，可能推動(dòng)這個(gè)不斷進(jìn)步的虛擬空間的出現(xiàn)。

06植物傳感器

聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織表示，為了在2050年養(yǎng)活世界人口，全球糧食產(chǎn)量需要增加70%。農(nóng)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新將是實(shí)現(xiàn)這一巨大增長并改善世界糧食安全的關(guān)鍵一步。

傳統(tǒng)上，監(jiān)測大型農(nóng)場依賴人工土壤測試和外觀觀察，而無人機(jī)和衛(wèi)星在這方面已經(jīng)帶來了革命性的變化。如今，我們有了新一代的植物傳感器。這些可穿戴植物傳感器可以改善植物健康狀況并提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力。這些小型、非侵入性的設(shè)備可以安裝在農(nóng)作物上，連續(xù)監(jiān)測溫度、濕度、濕度和營養(yǎng)水平。來自植物傳感器的數(shù)據(jù)可以優(yōu)化產(chǎn)量，減少用水、肥料和農(nóng)藥的使用量，并檢測疾病的早期跡象。

Growvera和Phytech這兩家公司分別開發(fā)了微型針狀傳感器，可以插入植物的葉片或莖部，測量電阻變化。數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)接?jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備，進(jìn)行分析以獲取有關(guān)植物健康的建議。

可穿戴植物傳感器有望徹底改變農(nóng)作物生產(chǎn)和管理。通過提供有關(guān)植物健康和環(huán)境條件的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，這些設(shè)備可以幫助農(nóng)民優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力，減少浪費(fèi)，并最小化農(nóng)業(yè)對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)助力養(yǎng)活不斷增長的全球人口。

07空間組學(xué)

人體由大約372萬億個(gè)細(xì)胞組成。它們?nèi)绾喂餐ぷ?，使我們保持生命和健康？空間組學(xué)可能為研究人員提供答案。

通過將先進(jìn)的成像技術(shù)與DNA測序的特異性和分辨率相結(jié)合，這種新興方法能夠在分子水平上對(duì)生物過程的“是什么、在哪里以及何時(shí)”進(jìn)行細(xì)致的映射?？茖W(xué)家首先選擇一個(gè)感興趣的器官（如小鼠大腦），將組織切片成僅一細(xì)胞厚的切片。然后使用創(chuàng)新技術(shù)來可視化每個(gè)切片中特定生物分子的位置?？臻g組學(xué)能夠以前所未有的細(xì)節(jié)觀察以前無法觀察到的細(xì)胞結(jié)構(gòu)和生物事件。

得益于空間組學(xué)，新一代的分子水平的“細(xì)胞圖譜”得以繪制，圖譜詳細(xì)描述了發(fā)生在人類和其他物種中的眾多生物過程。根據(jù)2021年的統(tǒng)計(jì)，相關(guān)市場總價(jià)值為2.3億美元，預(yù)計(jì)到2030年收入將達(dá)到5.8億美元，越來越多的公共和私營公司正在尋求提供空間組學(xué)解決方案。

雖然學(xué)術(shù)和轉(zhuǎn)化研究中心在2020年占據(jù)了市場的89%，但市場正在迅速擴(kuò)展，包括制藥和生物技術(shù)行業(yè)。

08柔性神經(jīng)電子學(xué)

近年來，腦機(jī)接口（Brain-Machine Interfaces，BMI）獲得了關(guān)注，激發(fā)了人們對(duì)通過思維控制機(jī)器的力量和潛力的想象。腦機(jī)接口允許捕捉大腦產(chǎn)生的電信號(hào)，并通過算法將這些電信號(hào)解碼為計(jì)算機(jī)可以理解和執(zhí)行的指令。

類似BMI的系統(tǒng)已經(jīng)用于治療癲癇患者，并在神經(jīng)假肢領(lǐng)域得到應(yīng)用——假肢使用電極與神經(jīng)系統(tǒng)進(jìn)行接口。盡管取得了初步成功，但這些技術(shù)面臨挑戰(zhàn)。目前醫(yī)生使用的植入物由硬材料制成，類似于筆記本電腦或手機(jī)內(nèi)部的芯片，它們可能會(huì)引發(fā)長期瘢痕并引起明顯的不適感。它們不能彎曲或適應(yīng)腦部運(yùn)動(dòng)，所以隨著時(shí)間的推移，它們會(huì)在位置上“漂移”，降低了捕捉信號(hào)的準(zhǔn)確性。非侵入性方法，如放置在顱骨外部的電極，不需要手術(shù)植入，但提供的信號(hào)只能聽到模糊且難以解碼的聲音，就像通過厚厚的口罩聽別人說話一樣。

研究人員最近在生物相容材料上開發(fā)了柔軟、靈活的腦機(jī)接口電路。柔性電路可以適應(yīng)大腦，減少瘢痕和傳感器漂移，而且它們可以裝載足夠的傳感器，同時(shí)刺激數(shù)百萬個(gè)腦細(xì)胞，大大超過了硬探針的規(guī)模和時(shí)間。當(dāng)在神經(jīng)科學(xué)研究中使用柔性腦機(jī)接口時(shí)，可以加深對(duì)癡呆癥和自閉癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病的理解。在臨床上，柔性腦機(jī)接口可以提供更好的神經(jīng)假肢控制，而無需頻繁校準(zhǔn)。

柔性腦機(jī)接口的應(yīng)用已經(jīng)在美國食品和藥物管理局（FDA）批準(zhǔn)的臨床試驗(yàn)中進(jìn)行，迅速使這項(xiàng)技術(shù)成為現(xiàn)實(shí)。未來，其他可植入設(shè)備，如心臟起搏器，也可以采用類似的材料。

09可持續(xù)計(jì)算

數(shù)據(jù)中心消耗全球產(chǎn)電量的約1%。通過將新興技術(shù)以創(chuàng)新的方式結(jié)合和整合，使零能耗數(shù)據(jù)中心成為可能?？沙掷m(xù)計(jì)算就是泛指這些技術(shù)的綜合。

首先，為了解決熱管理問題，開發(fā)使用水或絕緣冷卻劑來散熱的液冷系統(tǒng)，并將多余的熱量重新利用于空間供暖、熱水供應(yīng)和工業(yè)過程等應(yīng)用。其次，人工智能被用于實(shí)時(shí)分析和優(yōu)化能源使用，最大限度地提高效率而不影響性能。如DeepMind已成功展示了人工智能驅(qū)動(dòng)的能源管理的潛力，在谷歌的數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)了高達(dá)40%的能耗降低。第三，支持凈零能源數(shù)據(jù)中心的技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施正變得更加模塊化和需求驅(qū)動(dòng)。例如，云計(jì)算和邊緣計(jì)算系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)分布在多個(gè)設(shè)備、系統(tǒng)甚至地點(diǎn)上。

實(shí)現(xiàn)凈零能源數(shù)據(jù)中心將涉及創(chuàng)新方法，將上述方法與新的發(fā)電、儲(chǔ)能和管理技術(shù)相結(jié)合。

10人工智能輔助醫(yī)療

新冠疫情初期，許多醫(yī)院的可持續(xù)工作負(fù)荷迅速超過了容量。為了應(yīng)對(duì)這一情況，政府和學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)將人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，既是為了預(yù)測即將到來的大流行病，也是為了有效應(yīng)對(duì)它們。

目前這項(xiàng)技術(shù)還處于初級(jí)階段，但將隨著更多優(yōu)質(zhì)數(shù)據(jù)整合到AI和ML模型中快速擴(kuò)展?；贏I的醫(yī)療可能在發(fā)展中國家產(chǎn)生更深遠(yuǎn)的影響，這些國家通常缺乏基礎(chǔ)設(shè)施和人員來為大部分人口提供醫(yī)療服務(wù)。例如，印度擁有14億人口，人口分布廣泛，已采用基于AI的方法來增強(qiáng)醫(yī)療服務(wù)。印度政府已經(jīng)通過協(xié)助技術(shù)使醫(yī)生能夠與偏遠(yuǎn)社區(qū)進(jìn)行遠(yuǎn)程互動(dòng)，并確保隱私保護(hù)措施得到落實(shí)。

總結(jié)

報(bào)告指導(dǎo)委員會(huì)聯(lián)合主席，波士頓大學(xué)傳媒學(xué)院新聞學(xué)院院長Mariette DiChristina介紹，《2023年前沿技術(shù)十大報(bào)告》旨在幫助改善全球狀況、幫助人類自身。從報(bào)告可以看出，創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)力是全球互聯(lián)的加速、人工智能的崛起，以及物理、數(shù)字和生物世界的融合。

聯(lián)合主席、IBM前任首席創(chuàng)新官Bernard Meyerson認(rèn)為，最重要的是要認(rèn)識(shí)到這些“超級(jí)”能力所帶來的社會(huì)問題。人類的幸福最終也需要一個(gè)健康的地球。

為了滿足這種需求，“十大”清單中包括可穿戴植物傳感器，通過改善植物健康狀況，實(shí)現(xiàn)增加食物產(chǎn)量。隨著氣候變化的影響變得越來越嚴(yán)重，其中兩項(xiàng)創(chuàng)新取得了進(jìn)展：可持續(xù)航空燃料，可由生物或非生物來源制成；可持續(xù)計(jì)算，為實(shí)現(xiàn)凈零碳數(shù)據(jù)中心鋪平道路。然而，為了應(yīng)對(duì)這個(gè)對(duì)人類存在構(gòu)成威脅的問題，還需要更多的創(chuàng)新。

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審核編輯 黃宇