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2015 年正在崛起的十種最具潛力的新興科技(上)

app01/TECH2IPO 2015.03.07 00:00
創見干貨:科技,也許是現代世界不斷演化前進的最強有力的助燃劑。在伴隨著一定的風險的前提下,科技進步向目前我們所面臨的各種棘手的問題提供解決方案。從由氫作為燃料而成功實現零排放的汽車,到能夠安裝在人腦中的電腦芯片。以下的十大正在崛起的科技讓我們一窺如今正在不斷飛速前進的革新力量,見證它們是如何造福我們的生活,改變整個產業以及守護我們的星球的。為了編撰這份名單,World Economic Forum(世界經濟論壇)的有關新興科技研究小組的 18 名專家,根據集體研究討論所形成的結果,確認了目前最為重要的科技趨勢。希望可以通過指出這些科技所蘊含的巨大潛力,進一步凸顯目前投資不足,政府管理缺位,以及公眾了解程度不足對這些新興產業所造成的影響。1. 以氫作為燃料的零排放汽車「燃料電池」汽車這個概念很早的時候就有人提過了,并且很快得到了大家的注意。因為它的優勢實在太明顯不過,徹底壓倒電力和混合動力車型。但是,這項技術也就是最近才開發到了供汽車公司考慮投入市場的地步。首次推出的「燃料電池」汽車的售價大概在 7 萬美金左右,但是可以肯定的是在接下來的幾年時間,隨著產量的上升,價格會大幅下降的。不同于電池,不用借助于外部能源來進行充電,燃料電池直接自發產生電力,利用諸如「氫」或者「天然氣」這樣的燃料來供給動力。實際上,燃料電池和電池本身就是合二為一的。燃料電池發電,電池按照電機所需要帶動汽車的要求來儲電。燃料電池因此也可以被視為是混合動力,并很有可能在接下來應用「反饋制動」技術。「反饋制動」這項技術本身就是能夠最大化的利用電池效率的關鍵技術。不同于電池驅動的汽車,燃料電池的性能與傳統的燃油汽車性能毫無二致。每一缸燃料(燃料往往被壓縮成了氫燃氣)大概能跑到 650 公里。氫燃料只需要 3 分鐘即可再次充滿,并且燃燒的時候非常干凈,排出的廢棄物只有水而已,所以「燃料電池」驅動的汽車可以真正意義上實現「零排放」,從而最終徹底降低困擾人們生活的空氣污染。如果排出了碳排放這么一個選擇,其實有好幾種方式供人們參考。最明顯的可再生能源莫過于風力發電和太陽能發電,但是從總能源利用效率這一點上來說它們的利用率是非常低的。水在高溫核反應堆里可以分裂出氫,或者從化石能源(煤炭和天然氣)中提取出氫能源,作為殘留物的二氧化碳被留下,而不是排到空氣中去。但是考慮到如果將廉價的氫能源作為主流能源進行大規模使用的話,人們面臨一個非常重大的技術難題。目前缺乏氫能源的基礎設施建設,根本無法替代目前市面上的加油站或者加氣站。利用氫能源進行長距離的運輸,至今都缺乏經濟可行性。但是,如今關于氫能源的存儲技術大幅度進步,比如有機液體載體不再需要高壓條件,這將很快的降低長途運輸的成本,并且降低與天然氣存儲有關的風險,比如天然氣的無意泄漏。燃料電池汽車市場前景廣闊,因為它將提供如今傳統燃油汽車所無可比擬的能源利用效率。但是為了打開這個市場尚需時間,從經濟可行性到大規模建造與之相關的基礎設施,無一不是人們所必須克服的障礙。2. 即將從工廠走出來的下一代機器人目前,人們經常會想象機器人在不久的將來全面接管人們日常的工作。但是,夢想雖然很美好,但現實似乎一直很執拗的停在原地不動。如今的機器人仍然局限在工廠中,它們巨大無比,對于操作員來說還具有一定的安全風險,為了保證安全,人們用安全網將它們隔離開來。機器人科技領域的進步使得人機協作變成了更加普通平常的現實。性能更加優秀,造價更加便宜的傳感器賦予了機器人更加強大的功能,能夠更好的去理解周圍的環境,并且給予更加優秀的反應。機器人的身體正在變得更加具有適應性和靈活性,因為設計師們正在從復雜的生物結構所具有的靈活性和精巧性上獲得靈感,比如人手。機器人與機器人之間也變得更加互聯,這完全得益于云計算的進步,使得遠程進行指令和信息的互通成為可能,再也不用像過去那樣必須按照一個完全獨立的單元單獨進行編程了。在屬于機器人的新時代中,那些曾經被局限在工廠中的機器人將真正從那里的裝配線上走出來,走向更加廣闊的天地去勝任更多樣的任務。通過使用 GPS 技術,正如智能手機那樣,機器人開始利用在種植業領域了解播種以及收獲的時間,最終達到精細化種植業的要求。在日本,機器人已經開始試運行在護士崗位上。它們幫助病人下床,通過加強中風病人的四肢來讓他們重獲運動。更加小巧靈活的機器人,正如 Dexter Bot,Baxter 以及 LBR iiwa,其具有的主要特點就是更加易于編程,處理一些對于人類來說艱苦,或者不適合的工作。確實,機器人對于兩種工作特別勝任:其一是重復性的工作;其二是危險性的工作。與人力相比,它們勞動的成本更加便宜,并且可以一天 24 小時滿負荷工作。現實中,新一代的機器人并非以取代人力為目標,而是要與人類以更好的方式進行協作。即使考慮到了設計和人工智能在未來即將取得的進步,人類角色都會一直處在一個非常重要的地位上。當然,不排除機器人將有一天把人類的工作徹底接管過來的可能。另外,幾十年以來,人們都在恐懼這些相互聯網的機器人終有一天會聯合起來脫離人類的掌控,尤其鑒于現在的機器人都聯網到云端,這樣的恐懼就更加凸顯出來。但是,終有一天當人們越來越喜歡利用機器人來做家務的時候,這種恐懼會慢慢消除掉的。研究表明,機器人將在未來更好的與人類分工協作,各自都做最擅長的事情,這才是最有可能出現的未來。當然,除了莫須有的恐懼之外,機器人在社會層面的廣泛應用會在人機交互的各個領域帶來新的問題,比如哲學和人類學上。3. 可回收的熱固性塑料- 一種能夠回收垃圾的塑料塑料分兩種:一種熱塑性塑料;另外一種是熱固性塑料。前者能夠反復加熱和塑型很多次,在現代社會被廣泛的應用在各種產品上,從孩子們的玩具到廁所里的馬桶。因為這種材料能夠融化并且重塑的特性,使得它成為人們最為親睞的產品。熱固性塑料一般來說都是可回收的,但是加熱和塑性只能進行一次,即便受到了高強度的壓力或者高溫,它們總是能夠回到原先的形狀上。正因為這種耐久性,熱固性塑料也在現代社會扮演著非常重要的角色。比如移動手機、電路板以及航空領域的一些材料。但是,也正因為這種特點,使得它們很難進行回收。結果就是越來越多的垃圾開始出現,人們處理的辦法就是垃圾填筑。正因為這給環境帶來了非常嚴峻的挑戰,現在當務之急是在熱固性塑料領域尋找到可以回收的解決辦法。在 2014 年,該領域出現了突破性進展。在 Science 期刊上,一篇具有里程碑意義的論文宣布已經發現了某種全新的熱固性聚合物,它們是能夠進行回收的!這種被稱之為 polys 或者 PHTs 的物質,可以在高酸度環境中被分解,將聚合物的鏈狀結構打破成一些單體,這些單體能夠重新組裝聚合起來形成新的產品。盡管回收率不能達到百分之一百。但是如果大規模的應用推廣這種創新,肯定會將塑料垃圾從目前堆填式的處理方法給轉變過來,向未來循環經濟邁進了一大步。我們期望在未來五年的時間里,更多的可回收的熱固性聚合物能夠替代不可回收的熱固性聚合物。并且在 2025 年能夠看到廣泛的應用。4 高精尖的基因工程技術-基因工程領域所獲得的技術進步,使得我們能夠在更少爭議的前提下,得到品質更加優良的種植物傳統的基因工程一直以來備受人們爭議。但是,現在新開發的基因工程技術能夠直接「修改」種植物的基因代碼,使得它們能夠變得更加富有營養,或者更有能力抵御氣候變化所帶來的影響。如今,農作物的基因工程技術依靠的是根癌土壤桿菌技術,使得備受人們青睞的 DNA 能夠轉移導入到目標基因中。這項技術已經證明是行之有效的,但是外界輿論卻是一片質疑和擔心的聲音。不過在科學界內部已經達成了這樣的共識,從基因層面來修改種植物的做法,與傳統的雜交技術相比,并不會帶來更多的風險。但與此同時,當過去的基因工程技術正在逐漸普及的過程中,在這幾年來還有各種各樣起來修改基因的技術正在不斷的創新突破。這其中包括了 ZFNs,TALENS 以及最近剛出爐的 CRISPR-Cas9 系統,它們都是從細菌入手,作為抵抗外部病毒的防御機制而演變發展過來的。尤其是 CRISPR-Cas9 系統,利用的是 RNA 這種微小顆粒來鎖定 DNA,使之在目標的基因序列中改變為已知的,被用戶要求的某種序列。通過這種和自然突變沒有什么兩樣的做法,或將不想要的基因徹底消失,又或者將其改變成我們希望的另外一種基因。另外,經過「同源重組」技術,CPRSPR 還能夠將全新的 DNA 序列,甚至整個基因都以極為精確的方式導入到基因組里面。在基因工程領域的另外一個即將實現重大突破的方面是對 RNA 在種植物的介入方面的應用(也就是 RNAi)。RNAi 是抵御病毒以及病原真菌的最有效的方式,同時能夠保護莊稼遠離蟲害,降低了對化學殺蟲劑的需要。例如,病毒基因用來保護番木瓜樹遠離環斑病,在夏威夷進行了這種基因改良后,長達十年的時間里面番木瓜樹并沒有自身產生任何免疫作用。RNAi 同樣也能讓絕大多數糧食作物受益匪淺,麥子不用再得稈銹,稻谷,番茄不會再枯萎,番茄也不用再得鐮刀菌萎蔫病。這其中的種種技術創新對于發展中國家的小農場來說特別有用。當人們逐漸通過它享受到收入的提升,以及成百萬人因為食用而獲得營養的改善的時候,基因工程所帶來的爭議聲音會越來越小。另外,更加精準的基因序列修改可以降低公眾的恐懼,正因為沒有外部的基因物質介入進去,所以動植物就沒有理由被認為是所謂的「轉基因」的產物。總而言之,這些技術都能通過大大增強種植物的耐受性,降低對外部資源的依賴,比如水源、土地以及化肥。同時它們也更加易用適應天氣變化。5.「聚合式」制造業-這是制造業的未來,從「打印器官」到「智能服飾」顧名思義,「聚合式」制造業就是目前傳統的分離式制造業的反面。后者是目前人們所采取的最為傳統的辦法,將一大塊物料,比如木頭、金屬、石頭等等,進行材質層級之間的分離,提取,使之成為人們想要的形狀。而「聚合式」制造業反其道而行之,一開始只是拿一些分離狀態的材料,比如液體和粉末,然后通過數字模板將其聚合塑行成為 3D 的形狀。3D 產品能夠高度自定義,根據終端客戶的要求而隨時變換。它不同于現在大規模生產的商品。其中一個最典型的例子莫過于名叫 Invisalign 的公司,它就通過電腦制圖來模擬客戶的牙齒,最終生成某種外人幾乎察覺不到的「隱形牙套」。另外,在醫療方面的應用就是通過 3D 打印來直接制造人類細胞,在藥物安全性檢測領域,現在已經找到了可能的方案能夠直接制造生物組織,最終達到組織修復和再生的功能。生物打印方面的一個早期例子是 Organovo 的打印生物細胞層的應用案例,它被用來進行藥物測試,最終能夠生成可移植的器官。生物打印已經被用來制作皮膚和骨頭,同時還有心臟組織和血管組織,這對于未來可以私人訂制藥物打下了堅實牢靠的基礎。「聚合式制造」技術的下一個重要階段就是涉及電子部件的 3D 打印,比如電路板。納米級別的電腦部件(比如處理器)之所以無法按照現有的技術進行制造,就是因為目前很難把電子部件和其他來源的材料進行融合。4D 打印技術能夠引入一種全新的產品,它能夠隨著環境的變化(比如溫度和濕度)而自行改變自身。這對于人們的衣裝和鞋子,甚至醫療產品上面都會產生重大的影響。尤其是后者,人們可以通過在人體植入某種產品,使得它能夠根據環境的變化而獲得相應的變化。「聚合式制造」毫無疑問給傳統的制造業以及供應鏈帶來的極大的沖擊。但是它如今仍然是處于萌芽狀態,其應用目前主要分布在汽車制造業,太空領域和醫療領域。在未來的十年時間可以預見它的快速增長,當它在市場上越來越占據主流地位的時候,越來越多的商機和越來越多的技術創新也就應運而生。在接下來的章節中,我們將揭示剩下的 5 種正在崛起的新興科技,一起見證它們重塑世界的力量。來源:Medium 由創見花滿樓編譯資料來源:tech2ipo創見原文刊載

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