《科學(xué)美國(guó)人》月刊網(wǎng)站近日刊發(fā)文章盤點(diǎn)了2020年十大新興技術(shù)。一個(gè)國(guó)際專家指導(dǎo)小組評(píng)選出今年的十大新興技術(shù)。獲得認(rèn)可的技術(shù)必須有推動(dòng)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的潛力，還需要有新意且可能會(huì)在未來(lái)三到五年內(nèi)產(chǎn)生重大影響。
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1.微針可實(shí)現(xiàn)無(wú)痛注射和抽血
幾乎看不見(jiàn)的針頭，即“微針”，將帶來(lái)無(wú)痛注射和驗(yàn)血的時(shí)代。微針可連接注射器，也可連接貼片，它能避免與神經(jīng)末梢接觸，從而防止疼痛。微針一般長(zhǎng)50微米至2000微米（大約相當(dāng)于一張紙的厚度）、寬1微米至100微米（大約相當(dāng)于人的頭發(fā)粗細(xì)），它穿透細(xì)胞已死亡的皮膚最上層進(jìn)入表皮。但大多數(shù)微針不會(huì)抵達(dá)或者只是稍稍接觸到下面的真皮，即神經(jīng)末梢所在的地方。
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2.光催化將二氧化碳轉(zhuǎn)化為普通材料
許多對(duì)人類十分重要的化學(xué)品在生產(chǎn)時(shí)要消耗礦物燃料，從而會(huì)增加二氧化碳排放、加劇氣候變化。目前有一種新的方法是利用陽(yáng)光將廢棄二氧化碳轉(zhuǎn)化成我們需要的化學(xué)物質(zhì)。
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得益于光催化技術(shù)的進(jìn)步，這個(gè)工藝越來(lái)越可行。近年來(lái)，研究人員開發(fā)出了能夠還原二氧化碳中碳和氧的光催化劑。在此基礎(chǔ)上就能創(chuàng)建“太陽(yáng)能”提煉廠，用廢氣生產(chǎn)有用的化合物，包括可用于合成藥物、洗滌劑、肥料和紡織品等多種產(chǎn)品的“平臺(tái)”分子。
3.虛擬患者能徹底改變醫(yī)學(xué)
如果電腦能替代患者，那會(huì)怎樣？比方說(shuō)，如果在新冠疫苗試驗(yàn)的某些階段能用虛擬人替代真人，那可能就會(huì)加快預(yù)防手段的研發(fā)從而減緩疫情蔓延。這就是“電腦模擬醫(yī)學(xué)”的一些好處，即：用虛擬器官或人體系統(tǒng)來(lái)測(cè)試藥物和治療方法，進(jìn)而推斷真人對(duì)這些療法的反應(yīng)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，后期研究會(huì)需要真人患者，但有了電腦模擬試驗(yàn)，科研人員將能夠?qū)λ幬锖椭委煼椒ǖ陌踩院陀行赃M(jìn)行速度快、成本低的初步評(píng)估，從而大大減少試驗(yàn)所需活體人類受試者的數(shù)量。
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4.空間計(jì)算或是下一個(gè)大熱門
設(shè)想80多歲的瑪莎獨(dú)居且需要坐輪椅。瑪莎從臥室到廚房時(shí)，照明燈開啟，周圍溫度適當(dāng)調(diào)整。如果貓貓從前面經(jīng)過(guò)，輪椅會(huì)減速。如果她上床的時(shí)候有摔倒跡象，家具會(huì)迅速挪過(guò)來(lái)保護(hù)她，同時(shí)她的兒子和當(dāng)?shù)乇O(jiān)測(cè)站將接到警報(bào)。
這一場(chǎng)景的核心就是“空間計(jì)算”，它是現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字世界正在融合的下一步方向。虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用軟件能做的，它全都能做到：把云連接的物體數(shù)字化，讓傳感器和馬達(dá)彼此呼應(yīng)，以數(shù)字化方式呈現(xiàn)真實(shí)世界。然后，它將這些能力與高保真的空間測(cè)繪結(jié)合起來(lái)，使計(jì)算機(jī)“協(xié)調(diào)員”能夠在一個(gè)人穿行于數(shù)字或現(xiàn)實(shí)世界時(shí)追蹤和控制物體的移動(dòng)和相互感應(yīng)?？臻g計(jì)算很快將在各行各業(yè)把人機(jī)互動(dòng)和機(jī)器互動(dòng)提升到新的高度，包括在工業(yè)、醫(yī)療、交通和家居領(lǐng)域。
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5.數(shù)字醫(yī)療可診斷和治療一切病痛
投入使用或正在開發(fā)的大量應(yīng)用程序現(xiàn)在能夠自主檢查或監(jiān)測(cè)身心疾病或直接給予治療。這種軟件被統(tǒng)稱為數(shù)字醫(yī)療，它可以加強(qiáng)傳統(tǒng)醫(yī)療，也可以在醫(yī)療服務(wù)受限的情況下給予患者支持——這在新冠肺炎危機(jī)背景下格外需要。
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6.電動(dòng)航空的到來(lái)可能早于預(yù)期
2019年，航空旅行的碳排放占全球總量的2.5%，這一數(shù)字到2050年可能會(huì)達(dá)到2019年的三倍。雖然有些航空公司已開始為其大氣層碳排放進(jìn)行補(bǔ)償，但更大力度的減排措施勢(shì)在必行。電動(dòng)推進(jìn)的馬達(dá)不僅能消滅直接的碳排放，還能使燃料成本降低90%、維護(hù)成本降低50%、噪音降低近70%。
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7.低碳水泥可幫助應(yīng)對(duì)氣候變化
混凝土是建筑業(yè)中使用最廣泛的人造材料。據(jù)位于倫敦的智庫(kù)英國(guó)皇家國(guó)際問(wèn)題研究所說(shuō)，其關(guān)鍵組成部分之一——水泥在生產(chǎn)中產(chǎn)生的二氧化碳量驚人，占全球排放總量高達(dá)8%，但未得到充分重視。
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2018年，代表全球產(chǎn)量約30%的全球水泥和混凝土協(xié)會(huì)宣布了該行業(yè)的首個(gè)可持續(xù)發(fā)展指導(dǎo)方針，這是一套設(shè)計(jì)碳排放和用水等領(lǐng)域的關(guān)鍵指標(biāo)，旨在跟蹤性能改善，并使其通俗易懂。
8.量子傳感器讓自動(dòng)汽車“看清”彎道
量子傳感器與量子計(jì)算機(jī)一樣具有變革性，可推動(dòng)實(shí)現(xiàn)能“看清”彎道的自動(dòng)駕駛汽車、水下導(dǎo)航系統(tǒng)、火山活動(dòng)和地震預(yù)警系統(tǒng)，以及監(jiān)測(cè)人的日常大腦活動(dòng)的便攜式掃描儀。
量子傳感器利用物質(zhì)的量子特性擁有極高的精準(zhǔn)度，原子鐘就是一個(gè)例子。其他量子傳感器則利用原子躍遷來(lái)探測(cè)動(dòng)作的微小變化或引力場(chǎng)、電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的細(xì)微差異。
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9.綠色氫可填補(bǔ)可再生能源的巨大空白
氫燃燒的唯一副產(chǎn)品是水，這就是為什么氫幾十年來(lái)一直是一種誘人的零碳能源來(lái)源。然而，傳統(tǒng)的礦物燃料制氫法遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到零碳排放。
綠色氫有所不同，它是通過(guò)電解產(chǎn)生的，機(jī)器把水分解成氫和氧，沒(méi)有其他副產(chǎn)品。從歷史上看，電解需要的電力太多，用這種方式制氫根本不劃算。但情況正在發(fā)生變化，原因有二。其一，如今有了大量富余的可再生能源電力，這些富余電力可以用來(lái)對(duì)水進(jìn)行電解，把電力以氫的形式“儲(chǔ)存”起來(lái)。其二，電解器的效率越來(lái)越高。
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10.全基因組合成將徹底改變細(xì)胞工程學(xué)
新冠肺炎疫情初期，中國(guó)的科學(xué)家將新冠病毒的基因序列上傳到了基因數(shù)據(jù)庫(kù)。然后，瑞士的一個(gè)研究小組用它合成了完整的基因組、制造出這種病毒——基本上就能將病毒傳送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究，而無(wú)需等待實(shí)物樣本。這樣的速度充分說(shuō)明了全基因組打印技術(shù)對(duì)醫(yī)學(xué)和其他工作的促進(jìn)作用。
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全基因組合成是蓬勃發(fā)展的合成生物學(xué)的延伸。研究人員用軟件設(shè)計(jì)出基因序列，將其制造出來(lái)植入微生物，從而對(duì)這個(gè)微生物進(jìn)行重新編程使之按照人的意愿發(fā)揮作用，比如形成一種新藥。到目前為止，基因組只能接受微小的編輯。但隨著合成技術(shù)和軟件的改進(jìn)，打印鏈條更長(zhǎng)的遺傳物質(zhì)、更廣泛地改變基因組成為可能。
