2020 年最受关注的 10 项新兴技术

专家强调，这些进展有望彻底改变工业、医疗和社会。

1微针可能实现无痛注射和采血

几乎看不见的针头，即“微针”，即将开启无痛注射和血液检测的新时代。无论是连接在注射器上还是贴片上，微针通过避免接触神经末梢来防止疼痛。微针通常长度为50至2,000微米（约一张纸的厚度），宽度为1至100微米（约一根头发的宽度），它们穿透皮肤最外层死皮细胞，进入表皮层。但大多数微针不会触及或仅轻微接触到含有神经末梢的真皮层。

 

2 太阳能驱动的化学技术可将二氧化碳转化为常见材料

许多对人类健康和舒适至关重要的化学品制造过程消耗化石燃料，导致二氧化碳排放和气候变化。一种新方法利用阳光将废弃的二氧化碳转化为这些所需化学品。

得益于阳光激活催化剂（即光催化剂）的进步，这一过程正变得日益可行。近年来，研究人员开发出能够断裂二氧化碳中顽固的碳氧双键的光催化剂。这是构建“太阳能”炼油厂的关键第一步，该炼油厂可将废气转化为有用化合物——包括可作为原料药、洗涤剂、化肥和纺织品等多种产品合成原料的“平台”分子。

 

3 虚拟患者可能彻底改变医学

如果计算机也能替代患者呢？例如，若虚拟人体能在新冠疫苗试验的某些阶段取代真人，就能加速预防工具的研发并减缓疫情蔓延。这正是“计算机模拟医学”（in silico medicine）的优势所在：通过在虚拟器官或人体系统上测试药物和疗法，预测真实患者的反应。在可预见的未来，后期研究仍需真实患者参与，但计算机模拟试验将实现快速、低成本的初步安全性与有效性评估，大幅减少实验所需的活体受试者数量。

 

4 空间计算或将成为下一个风口

想象一下玛莎，一位独居的八旬老人，使用轮椅出行。当她从卧室走向厨房时，灯光自动开启，环境温度也随之调节。若她的猫穿过她的行进路线，轮椅会自动减速；若她在上床时开始摔倒，家具会移动以保护她，同时向她的儿子和当地监控中心发送警报。

“空间计算”是这场场景的核心，标志着物理世界与数字世界持续融合的下一步。它具备虚拟现实和增强现实应用的所有功能：将对象数字化并通过云端连接；让传感器与电机相互响应；并对现实世界进行数字化呈现。随后，它将这些能力与高保真空间映射相结合，使计算机“协调器”能够跟踪并控制物体在用户穿梭于数字或物理世界时的运动与交互。空间计算即将把人机交互和机器间交互的效率提升至新高度，广泛应用于工业、医疗、交通和家庭等多个领域。

 

5 数字医疗可诊断并治疗您的病痛

一批正在使用或开发中的应用现已能够自主检测或监测身心疾病，或直接提供治疗。这些软件统称为“数字药物”，既能增强传统医疗服务，又能在医疗资源有限时为患者提供支持——新冠疫情19加剧了这一需求。

 

6 电动航空或许比你想象的更近

在2019年，航空旅行占全球碳排放的2.5%，到2050年这一数字可能翻三倍。尽管部分航空公司已开始抵消其大气碳贡献，但仍需大幅削减。电动飞机可提供所需的变革规模，许多公司正竞相开发此类飞机。电动推进电机不仅能消除直接碳排放，还可将燃料成本降低高达90%、维护成本降低高达50%，并将噪音降低近70%。

 

 

7低碳水泥有助于应对气候变化

混凝土是人类使用最广泛的人造材料。其关键成分之一的生产——水泥，会产生大量却常被低估的人类活动二氧化碳排放：根据总部位于伦敦的智库查塔姆研究所的数据，这一比例高达全球总量的8%。

在2018，代表全球约30%产量的全球水泥和混凝土协会（Global Cement and Concrete Association）发布了行业首份《可持续发展指南》，该指南包含排放量和用水量等关键指标，旨在追踪性能改进情况并实现透明化。

 

8 量子传感器或让自动驾驶汽车“看见”拐角

量子计算机备受瞩目，但量子传感器同样具有变革性潜力：它们能让自动驾驶汽车“看见”拐角后的景象、实现水下导航、提前预警火山活动和地震，并配备便携式扫描仪以监测人们日常生活中的脑活动。

量子传感器利用物质的量子特性，实现极致的测量精度。原子钟便是这一原理的典型应用。其他量子传感器则通过原子跃迁，探测微小的运动变化以及重力、电场和磁场的细微差异。

 

9 绿氢可填补可再生能源的重大缺口

氢气燃烧的唯一副产物是水，因此几十年来，它一直被视为极具吸引力的零碳能源。然而，传统制氢工艺（将化石燃料与蒸汽反应）并非接近零碳。

绿氢与众不同：它通过电解水制得，机器将水分解为氢气和氧气，不产生其他副产品。过去，电解过程耗电量巨大，因此以此方式制氢并不划算。如今这一局面正在改变，原因有二：首先，电网层面已可获取大量过剩的可再生电力；多余的电力可用于驱动水电解，将电能以氢能形式“储存”起来。其次，电解槽的效率正在不断提升。

 

10 全基因组合成将变革细胞工程

在 COVID-19 大流行初期，中国科学家将病毒基因序列上传至基因数据库。随后，一个瑞士团队合成了完整基因组并据此培育出该病毒——这相当于无需等待实物样本，便将病毒“传送”至实验室进行研究。这种速度正是全基因组打印技术推动医学及其他领域发展的例证之一。

全基因组合成是蓬勃发展的合成生物学领域的延伸。研究人员利用软件设计基因序列，将其合成并导入微生物，从而重编程该微生物以执行特定任务——例如生产新型药物。目前，基因组编辑主要以微调为主。但随着合成技术与软件的进步，人们已能够合成更大规模的遗传物质片段，并对基因组进行更广泛的改造。