权威杂志联合世界经济论坛评出:2021十大新技术造福世界

近日,由世界经济论坛和《科学美国人》杂志召集的国际专家们评出“2021年十大新兴技术报告”,列出未来3~5年将影响世界的新技术,其中包括健康、农业、气候和太空领域的技术进步。

新型脱碳技术兴起。自科学家们提出二氧化碳过量会造成地球变暖以来,各国政府和各行业正努力推动日常生活各方面的节能减排。

预测未来3~5年,技术创新将加速,并将新兴技术扩大至工业应用水平,如大规模能源储存、低/无碳化学来源、振兴铁路运输、碳封存、低碳农业、零排放车辆和电源,以及在全球范围内商定的达标性监测。同时,农业及食品领域还将进一步发展人造肉等蛋白质替代品的市场供应,有助进一步减少碳排放。

作物肥料自产自足。根据联合国粮农组织的数据,全世界每年使用超过1.1亿吨的氮肥提高作物产量。如果作物能够像大豆和黄豆等豆科植物那样,自己捕获氮,以氨的形式将其“固定”在自己身上,会怎么样?作为最重要新兴技术之一,研究人员的目标是让玉米和其他谷物实现自我施肥。

研究人员正努力模拟豆类和细菌之间的共生分子交流,以创造根瘤——豆类的天然肥料工厂。另一种方法是,使通常定植于谷物根部的土壤细菌(通常不产生根瘤)学会产生氮化酶,而氮化酶是一种将大气中的氮转化为与植物兼容的氨的关键成分。

吹气诊断疾病。不久,对病人来说,诊断疾病可能就会像呼气一样简单。新的呼吸传感器可通过对人类呼吸中包含的800多种化合物浓度进行采样来诊断疾病,如人体呼吸中的丙酮含量升高是患有糖尿病的迹象,一氧化氮浓度升高可以作为呼吸系统疾病的生物检测标识,各种醛类指标升高说明患肺癌的概率极大。

目前,这项新兴技术还需完善,但2020年以色列理工学院在中国武汉进行的一项研究中,传感器在新冠肺炎病毒检测方面达到95%惊人的准确率和100%的灵敏度。

按需生产药品。现在的药品通常是大批量生产的,整个生产流程由多个步骤组成,不同的流程分布在世界各地。完成这一流程可能需要几个月时间,并涉及数百吨材料,这会给供需产业链带来一些挑战。现在,微流控技术和按需制药方面的进展使少部分普通药品能够按需生产,而且这项技术将覆盖越来越多药品。

这项技术更大的意义是,在偏远地区或战地医院中,可以通过便携式机器制造药物,为病人量身定做剂量。

5G助力物联网。物联网无线设备被部署为家庭中的生活工具、生物医学的可穿戴设备以及难以到达区域的传感器。随着物联网的发展,它将更广泛应用于农业节水灌溉和农药喷撒、智能电网、桥梁或混凝土基础设施缺陷监测、泥石流和地震等灾害的预警。预计到2025年,全球将有400亿台物联网设备上线,为这些设备提供便捷的按需供电是一项新挑战。

5G技术将把无线能量收集提升到一个新水平,5G无线信号比4G传输会发射更多的辐射能量,这就预示着许多低功耗无线设备将永远不需要插入的方式供电。

涉及延长“健康寿命”。据世界卫生组织的数据,2015~2050年全球60岁及以上人口比例将从12%增至22%。随之而来的是衰老、急性和慢性疾病相伴而行,如癌症、糖尿病、痴呆症和心脏病。

利用全息技术(可同时量化所有基因活动或细胞中所有蛋白质的浓度)和来自表观遗传学的洞察,研究人员得以识别那些能预测疾病的生物标记,这就为积极治疗提供方向和目标,可帮助我们活得更长、更健康。

氨走向绿化。为满足全球粮食需求,通常需要为农作物施加氨肥料。然而氨的合成是一种能源密集型化学过程,需要用氢气做催化剂来固定氮。氢气必须合成生产,目前使用化石燃料生产,这个过程会产生大量二氧化碳,占全球碳总排放量的1%~2%。

随着可再生能源普及,一种“绿色”的氢气变体正被创造出来,它不会释放温室气体。同时,更清洁的氢气也意味着可以开发出更优质的催化剂,而且排除了化石燃料中的有毒化学物质。

生物标志物设备无线化。没有人喜欢抽血。然而,许多常见的急性和慢性疾病需要频繁地进行抽血,以监测那些重要生物标记,以追踪癌症治疗、糖尿病和其他疾病进展。低功率无线通信的发展,以及采用光学和电子探针的新型化学传感技术,正推动实现对关键医疗信息进行连续的无创监测。

3D打印房屋就地取材。据联合国估计,用3D打印机建造房屋可以帮助解决全球16亿人住房短缺的挑战。将混凝土、沙子、塑料、黏合剂等混合物通过大型3D打印机打印,可以作为一种相对简单和低成本的建造方法,非常适合缓解偏远贫困地区的住房问题。

在美国和其他发达国家,用大规模3D打印机制造房屋已经在有限范围内得到推广。在发展中国家,由于基础设施有限,材料运输成为一项挑战。最近3D打印材料取得了跨越式发展,即用当地采购的材料、黏土、沙子和当地的纤维来打印建筑物——这解决了大约95%的材料问题。

太空物联网。物联网(IoT)中的传感器可以记录和报告有关天气、土壤条件、湿度、作物健康、社会活动和无数其他有价值的重要信息和数据。最近,随着近地轨道上无数低成本的微型卫星出现,它们能在全球范围内捕获这些数据并下载到中央存储器,物联网将前所未有地了解全球范围的情况——包括以前无法实现网络接入、没有传统互联网基础设施的发展中国家和地区。

太空物联网建设仍面临挑战。如微型卫星的寿命相对较短,约为两年,必须得到昂贵的地面基础设施支持。但按照目前的速度,有望三五年内实现全球推行。▲(王 东)