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2023年十大科技趨勢:探索未來(lái)的新興技術(shù)

來(lái)源于本站原創(chuàng ) 2023年08月28日 閱讀()

在夏季達沃斯論壇上,《2023年十大新興技術(shù)報告》正式發(fā)布。世界經(jīng)濟論壇執行董事Jeremy Jurgens表示,該報告旨在幫助各行業(yè)專(zhuān)業(yè)人士預測可能出現指數級發(fā)展的技術(shù),并解讀其對社會(huì )、產(chǎn)業(yè)和服務(wù)的影響。該報告概述了未來(lái)3-5年內有望對社會(huì )產(chǎn)生積極影響的技術(shù),并對每項技術(shù)的人類(lèi)、地球、繁榮、產(chǎn)業(yè)和公平等方面進(jìn)行了定性評估。這十大新興技術(shù)包括以下內容。

1. 柔性電池

2023年十大科技趨勢:探索未來(lái)的新興技術(shù)

從可卷曲的計算機屏幕到“智能”服裝,電子產(chǎn)品未來(lái)將越來(lái)越“靈活”??纱┐髟O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的靈活性相匹配的電源。標準的硬性電池很快可能會(huì )成為過(guò)去,因為薄型、柔性的電池(由可以輕松扭曲、彎曲或拉伸的輕質(zhì)材料制成)已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)。

目前有幾種類(lèi)型的柔性電池可供選擇。這些電池可充電,包括放置在導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,添加劑可以增強導電性和柔韌性。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(chǎng)預計將在未來(lái)幾年迅速擴張。一項研究預測,全球柔性電池市場(chǎng)在2022年至2027年間將增長(cháng)2.4億美元,在此期間的復合年增長(cháng)率為22.79%。增長(cháng)的主要驅動(dòng)因素預計將是對可穿戴設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(píng)果、諾基亞、前沿科技、意法半導體、藍火花科技和富麗電池新技術(shù)在內的幾家公司正在積極開(kāi)發(fā)和商業(yè)化柔性電池技術(shù)。

2. 生成式人工智能

2023年十大科技趨勢:探索未來(lái)的新興技術(shù)

生成式人工智能(AI)是一種強大的AI類(lèi)型,它可以通過(guò)學(xué)習數據中的模式、使用復雜的算法和受人腦啟發(fā)的學(xué)習方法,創(chuàng )造新的原創(chuàng )內容。雖然生成AI目前主要專(zhuān)注于生成文本、計算機編程、圖像和聲音等領(lǐng)域,但這項技術(shù)可以應用于各種目的,包括藥物設計、建筑和工程。

最近流行的ChatGPT這類(lèi)基于A(yíng)I的語(yǔ)言模型可以提高生產(chǎn)力和改善輸出質(zhì)量,將人類(lèi)任務(wù)從草稿撰寫(xiě)轉變?yōu)閯?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(mǎn)意度和自我效能感。鑒于采用這些新技術(shù)可能帶來(lái)的生產(chǎn)力提升,我們必須意識到可能出現的工作替代現象。因此,制定支持工人提升技能的政策和計劃至關(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(chǎng)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。例如,AutoGPT是使用GPT-4語(yǔ)言模型的自主AI應用程序。AutoGPT可以通過(guò)將目標分解為較小的任務(wù),并利用互聯(lián)網(wǎng)搜索或文本到語(yǔ)音技術(shù)等工具,自動(dòng)完成用戶(hù)確定的目標。

生成AI技術(shù),特別是自主AI技術(shù),越來(lái)越多地融入人們日常生活的多個(gè)方面,引發(fā)了公眾的興奮和關(guān)注。為了建立公眾對生成AI的信任,應確保應用程序符合約定的專(zhuān)業(yè)和道德標準。

3. 可持續航空燃料

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航空業(yè)每年產(chǎn)生的二氧化碳排放占全球總量的2-3%,根據預測,2022年至2050年間航空業(yè)的排放量將達到39千兆噸。電動(dòng)汽車(chē)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,因為長(cháng)途飛行需要更高能量密度的燃料。此外,更換飛機的高成本意味著(zhù)現有機隊將繼續運營(yíng)數十年,而且電動(dòng)或氫燃料飛機可能在任何情況下都無(wú)法用于長(cháng)途飛行。

目前出現了一種無(wú)需對現有航空基礎設施和設備進(jìn)行大規模改變的解決方案:可持續航空燃料(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)。結合其他減碳策略,包括系統范圍的運營(yíng)效率、新技術(shù)和碳抵消,SAF應該可以使航空業(yè)在未來(lái)幾十年內實(shí)現凈零碳排放。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的能力正在穩步增加。根據國際航空運輸協(xié)會(huì )的數據,2022年SAF的生產(chǎn)量達到至少3億升(樂(lè )觀(guān)估計為4.5億升),幾乎是2021年的三倍。越來(lái)越多的航空公司承諾使用SAF,這一趨勢將通過(guò)全球努力加速,例如世界經(jīng)濟論壇的“清潔明天藍天計劃”和“先行者聯(lián)盟”。

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

4. 工程噬菌體

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噬菌體是有選擇性感染特定類(lèi)型細菌的病毒??茖W(xué)家現在可以借助越來(lái)越復雜的基因工程工具,重新編程噬菌體以感染指定細菌,使其能夠在植物、動(dòng)物和人類(lèi)微生物群落中的諸多共存的細菌類(lèi)型中專(zhuān)門(mén)針對其中一種。例如,由于噬菌體通常只感染一種類(lèi)型的細菌,因此可以針對復雜的微生物組中的個(gè)體細菌種類(lèi)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(jiàn)但嚴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,給予這些設計噬菌體顯著(zhù)減少了微生物組中導致HUS的大腸桿菌菌株的存在,并減輕了HUS的癥狀。

在44項具有治療目的的工程噬菌體相關(guān)臨床試驗中,有29項是自2020年初以來(lái)發(fā)布的?;谑删w的治療方法,無(wú)論是自然噬菌體還是工程噬菌體,都將繼續成為一種強大的工程微生物組的方法,增強人類(lèi)、動(dòng)物和植物的健康。

5. 改善心理健康的元宇宙

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針對不斷加重的心理健康危機,產(chǎn)品開(kāi)發(fā)者正在開(kāi)始構建共享虛擬空間來(lái)改善心理健康。過(guò)度使用屏幕和社交媒體可能會(huì )降低心理健康,但在負責任的使用下,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抗不斷加劇的心理健康危機。虛擬共享空間是人們可以在其中進(jìn)行專(zhuān)業(yè)和社交互動(dòng)的數字環(huán)境。這些空間的未來(lái)通常被稱(chēng)為“元宇宙”,可能包括增強現實(shí)(AR)或虛擬現實(shí)(VR)增強的虛擬共享空間。就像目前存在多個(gè)共享虛擬平臺一樣,可能會(huì )存在多個(gè)元宇宙,其目的和沉浸程度各不相同。

一些游戲平臺已經(jīng)被利用于心理健康治療。這些平臺不僅增加了患者的參與度,還有助于消除心理健康問(wèn)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已將心理健康意識融入大眾市場(chǎng)游戲,并計劃通過(guò)他們的Insight項目擴展到治療領(lǐng)域;TRIPP創(chuàng )建了Mindful Metaverse,通過(guò)啟用虛擬現實(shí)引導正念和冥想來(lái)提升幸福感。

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

6. 植物傳感器

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

傳統上,監測大型農場(chǎng)依賴(lài)人工土壤測試和外觀(guān)觀(guān)察,而無(wú)人機和衛星在這方面已經(jīng)帶來(lái)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業(yè)生產(chǎn)力。這些小型、非侵入性的設備可以安裝在農作物上,連續監測溫度、濕度、濕度和營(yíng)養水平。來(lái)自植物傳感器的數據可以?xún)?yōu)化產(chǎn)量,減少用水、肥料和農藥的使用量,并檢測疾病的早期跡象。

Growvera和Phytech這兩家公司分別開(kāi)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。數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸到計算機或移動(dòng)設備,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作物生產(chǎn)和管理。通過(guò)提供有關(guān)植物健康和環(huán)境條件的實(shí)時(shí)數據,這些設備可以幫助農民優(yōu)化農業(yè)生產(chǎn)力,減少浪費,并最小化農業(yè)對環(huán)境的影響,同時(shí)助力養活不斷增長(cháng)的全球人口。

7. 空間組學(xué)

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人體由大約372萬(wàn)億個(gè)細胞組成。它們如何共同工作,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(guò)將先進(jìn)的成像技術(shù)與DNA測序的特異性和分辨率相結合,這種新興方法能夠在分子水平上對生物過(guò)程的“是什么、在哪里以及何時(shí)”進(jìn)行細致的映射??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胞厚的切片。然后使用創(chuàng )新技術(shù)來(lái)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節觀(guān)察以前無(wú)法觀(guān)察到的細胞結構和生物事件。

得益于空間組學(xué),新一代的分子水平的“細胞圖譜”得以繪制,圖譜詳細描述了發(fā)生在人類(lèi)和其他物種中的眾多生物過(guò)程。根據2021年的統計,相關(guān)市場(chǎng)總價(jià)值為2.3億美元,預計到2030年收入將達到5.8億美元,越來(lái)越多的公共和私營(yíng)公司正在尋求提供空間組學(xué)解決方案。

雖然學(xué)術(shù)和轉化研究中心在2020年占據了市場(chǎng)的89%,但市場(chǎng)正在迅速擴展,包括制藥和生物技術(shù)行業(yè)。

8. 柔性神經(jīng)電子學(xué)

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

類(lèi)似BMI的系統已經(jīng)用于治療癲癇患者,并在神經(jīng)假肢領(lǐng)域得到應用——假肢使用電極與神經(jīng)系統進(jìn)行接口。盡管取得了初步成功,但這些技術(shù)面臨挑戰。目前醫生使用的植入物由硬材料制成,類(lèi)似于筆記本電腦或手機內部的芯片,它們可能會(huì )引發(fā)長(cháng)期瘢痕并引起明顯的不適感。它們不能彎曲或適應腦部運動(dòng),所以隨著(zhù)時(shí)間的推移,它們會(huì )在位置上“漂移”,降低了捕捉信號的準確性。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,但提供的信號只能聽(tīng)到模糊且難以解碼的聲音,就像通過(guò)厚厚的口罩聽(tīng)別人說(shuō)話(huà)一樣。

研究人員最近在生物相容材料上開(kāi)發(fā)了柔軟、靈活的腦機接口電路。柔性電路可以適應大腦,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)刺激數百萬(wàn)個(gè)腦細胞,大大超過(guò)了硬探針的規模和時(shí)間。當在神經(jīng)科學(xué)研究中使用柔性腦機接口時(shí),可以加深對癡呆癥和自閉癥等神經(jīng)系統疾病的理解。在臨床上,柔性腦機接口可以提供更好的神經(jīng)假肢控制,而無(wú)需頻繁校準。

柔性腦機接口的應用已經(jīng)在美國食品和藥物管理局(FDA)批準的臨床試驗中進(jìn)行,迅速使這項技術(shù)成為現實(shí)。未來(lái),其他可植入設備,如心臟起搏器,也可以采用類(lèi)似的材料。

9. 可持續計算

2023年十大科技趨勢:探索未來(lái)的新興技術(shù)

數據中心消耗全球產(chǎn)電量的約1%。通過(guò)將新興技術(shù)以創(chuàng )新的方式結合和整合,使零能耗數據中心成為可能??沙掷m計算就是泛指這些技術(shù)的綜合。

首先,為了解決熱管理問(wèn)題,開(kāi)發(fā)使用水或絕緣冷卻劑來(lái)散熱的液冷系統,并將多余的熱量重新利用于空間供暖、熱水供應和工業(yè)過(guò)程等應用。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動(dòng)的能源管理的潛力,在谷歌的數據中心實(shí)現了高達40%的能耗降低。第三,支持凈零能源數據中心的技術(shù)基礎設施正變得更加模塊化和需求驅動(dòng)。例如,云計算和邊緣計算系統可以將數據處理和存儲分布在多個(gè)設備、系統甚至地點(diǎn)上。

實(shí)現凈零能源數據中心將涉及創(chuàng )新方法,將上述方法與新的發(fā)電、儲能和管理技術(shù)相結合。

10. 人工智能輔助醫療

2023年十大科技趨勢:探索未來(lái)的新興技術(shù)

新冠疫情初期,許多醫院的可持續工作負荷迅速超過(guò)了容量。為了應對這一情況,政府和學(xué)術(shù)團隊將人工智能(AI)和機器學(xué)習(ML)應用于醫療領(lǐng)域,既是為了預測即將到來(lái)的大流行病,也是為了有效應對它們。

目前這項技術(shù)還處于初級階段,但將隨著(zhù)更多優(yōu)質(zhì)數據整合到AI和ML模型中快速擴展?;贏(yíng)I的醫療可能在發(fā)展中國家產(chǎn)生更深遠的影響,這些國家通常缺乏基礎設施和人員來(lái)為大部分人口提供醫療服務(wù)。例如,印度擁有14億人口,人口分布廣泛,已采用基于A(yíng)I的方法來(lái)增強醫療服務(wù)。印度政府已經(jīng)通過(guò)協(xié)助技術(shù)使醫生能夠與偏遠社區進(jìn)行遠程互動(dòng),并確保隱私保護措施得到落實(shí)。

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

聯(lián)合主席、IBM前首席創(chuàng )新官Bernard Meyerson強調,我們需要意識到這些“超級”能力所帶來(lái)的社會(huì )問(wèn)題。人類(lèi)幸福最終需要健康的地球。為了滿(mǎn)足這一需求,《2023年十大新興技術(shù)報告》中包括了可穿戴植物傳感器,通過(guò)改善植物健康狀況來(lái)增加食物產(chǎn)量。隨著(zhù)氣候變化的影響日益嚴重,兩項創(chuàng )新取得了進(jìn)展:可持續航空燃料可以由生物或非生物來(lái)源制成;可持續計算為實(shí)現凈零碳數據中心奠定了基礎。然而,要應對這個(gè)對人類(lèi)存在構成威脅的問(wèn)題,還需要更多的創(chuàng )新。

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