2023十大新興技術

編譯 劉金海

世界經濟論壇致力于通過學者、行業領袖和未來學家調查改變經濟和社會的新興技術，《2023十大新興技術》報告旨在幫助各政府部門和行業專業人士預測技術及其影響，并促進行業和社會應用。十大新興技術包括：柔性電池、生成式人工智能、可持續航空燃料、工程噬菌體、改善心理健康的元宇宙、可穿戴植物傳感器、空間組學、柔性神經電子學、可持續計算、人工智能輔助醫療。

為預測和評估十項技術各自對未來的潛在影響，報告通過五個不同的指標從1到10進行評分。五個指標分別是：

A. 人類

? 安全和尊嚴，如糧食安全

? 獲取干凈的水源

? 改善醫療保健

B. 地球

? 保護和恢復地球，如恢復生物多樣性

? 限制浪費

? 減少溫室氣體

C. 繁榮

? 提高人們的生活質量，如創造新的就業機會

? 加強人與人之間的聯系

? 增加休閑娛樂

D. 產業

? 顛覆現有產業

? 創造新市場

E. 公平

? 獲取醫療、能源、材料、互聯網等資源的民主化

1. 柔性電池

為醫療保健和電子紡織品的可穿戴技術提供動力

從可卷曲的電腦顯示屏到智能服飾，電子產品在未來將越來越靈活?？纱┐髟O備、柔性電子產品和可彎曲顯示器的快速發展需要與其靈活性相匹配的電源。傳統的剛性電池可能很快就會成為過去，因為由可以彎曲、折疊和拉伸的輕質材料制成的薄型柔性電池即將進入市場。

目前有幾種類型的柔性電池可供選擇。這些可充電的電池包括放置在導電聚合物電流收集器上的鋰離子或鋅碳系統。在某些情況下，添加劑可增強導電性和柔韌性。柔性電池的電極可以涂覆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。

柔性電池在越來越多的領域得到應用，包括可穿戴醫療設備和生物醫學傳感器、柔性顯示屏和智能手表。由這些電池供電的與健康相關的應用程序可以將數據無線傳輸給醫療保健提供者，從而促進對患者的遠程監控。此外，可集成到夾克、襯衫或其他服裝面料中的柔性電池可根據需要為新興的基于紡織的電子產品提供動力，這些電子產品具有從內置加熱到健康監測等功能。

柔性電池市場在未來幾年將迅速擴大。有研究預測從2022年至2027年，全球柔性電池市場將增長2.4億美元，年復合年增長率為22.79%。預計增長的主要驅動力是對可穿戴設備的需求增加、電子產品微型化和靈活性的增長趨勢。

LG化學、三星SDI、蘋果、諾基亞、前沿技術、意法半導體、藍星技術等公司正在積極開發和商業化柔性電池技術。與所有電池一樣，需要克服的障礙是它們的安全處置和回收，這應該隨著技術和相關應用的循環而實現。柔性電池技術及其相關產業的革命性進步預計將持續多年。

新一代可以將技術無縫集成到織物和衣服中的柔性電池

2. 生成式人工智能

拓展人類事業的邊界

生成式人工智能是一種功能強大的AI類型，通過學習數據中的模式，使用復雜的算法和受人腦啟發的學習方法來創造新的原創內容。雖然生成式AI目前仍專注于生成文本、計算機編程、圖像和聲音等領域，但這項技術可以應用于一系列領域，包括藥物設計、建筑和工程。

高中生和大學生越來越頻繁地使用生成式AI，一些機構禁止使用，而也有一些機構整合生成式模型到教學實踐中，甚至訓練學生掌握這些工具。如果使用得當，生成式AI可以創建個性化課程，以適應學生的技能和學習進度，同時鼓勵批判性思維，激發創造力和新穎的想法。

基于AI的語言模型（如最近流行的ChatGPT和它的后繼產品）可以提高生產力和改善輸出質量，將人工任務從草稿撰寫轉變為創意生成和編輯。生成式AI確實有益于能力較低的工人，可以提高工作滿意度和自我效能感?？紤]到采用這些技術可能帶來的生產力提升，更應意識到的是可能出現的工作替代現象。因此，支持工人提升技能的政策和計劃至關重要。

最新的發展涉及可以做出重要決策或采取重大行動的自主AI系統。例如，AutoGPT是一個使用GPT-4語言模型的自主AI應用程序，它可以通過將目標分解為更小的任務，并使用互聯網搜索或文本到語言技術等工具，自動完成用戶確定的目標。

生成式AI技術，特別是自主AI技術，越來越多地融入人們日常生活的各個方面，引發了公眾的興奮和關注。為建立公眾對生成式AI的信任，應確保應用程序符合約定的專業和道德標準。

生成式AI可以綜合從龐大的數據集中學到的知識，以新穎的方式創造新信息

3. 可持續航空燃料

推動航空業實現凈零碳排放

航空業每年產生的二氧化碳排放占全球總量的2%~3%，預計在2022年至2050年間航空業的排放量將達到39千兆噸。電動汽車在陸地交通中的使用正在增加，但航空業在減少碳排放方面面臨困境，因為長途飛行需要更高能量燃料。此外，更換飛機的高昂成本意味著現有機隊將繼續運行數十年，而電動或氫燃料飛機在任何情況下都可能無法保障長途飛行。

目前出現了一種無需對現有航空基礎設施和設備進行大規模改變的解決方案：可持續航空燃料（SAF）。它由生物（如生物質）和非生物（如二氧化碳）資源生產。結合其他脫碳策略，包括系統運營效率、新技術和碳抵消，SAF應該可以使航空業在未來幾十年實現凈零碳排放。目前，SAF在全球噴氣燃料需求中所占比例不到1%，但到2040年，這一比例必須增加至13%~15%，才能使航空業在2050年實現凈零排放。

目前，利用可再生能源從生物原料中生產SAF的能力正在穩步增長。根據國際航空運輸協會的數據，2022年SAF的產量達到至少3億升（樂觀的說法是4.5億升），幾乎是2021年產量的三倍。越來越多的航空公司承諾使用SAF，這一趨勢將通過世界經濟論壇的“明日晴空計劃”和“先行者聯盟”等全球努力而加速。

美國材料與試驗協會（ASTM）已經批準了9種可持續航空燃料，可以與傳統石油基噴漆燃料按比例混合，比例高達50%。2023年，英國的一個聯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，展示了這項發展技術的潛力，并將世界更近地推向凈零航空。

可持續航空燃料由生物質能創造，并與其他脫碳策略相結合，為航空凈零規劃了一條可靠的道路

4. 工程噬菌體

增強人類、動物和植物健康的工程病毒

生活在人體表面和體內的微生物的數量與人體細胞的數量相當，甚至可能更多。一個有機體所擁有的微生物群落被稱為微生物組，人類、動物和植物的微生物組對這些有機體的健康起著重要作用。

噬菌體是有選擇性感染特定類型細菌的病毒?？茖W家現在可以借助越來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、動物和人類微生物群落中的諸多共存的細菌類型中專門針對其中一種。例如，由于噬菌體通常只感染一種類型的細菌，因此可以針對復雜的微生物組中的單個細菌種類進行靶向治療。

工程噬菌體顯示出治療與微生物組相關疾病的潛力，例如溶血尿毒綜合征（HUS），這是一種罕見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。科學家改造了感染大腸桿菌的噬菌體的遺傳物質，使其編碼能夠切割導致HUS的大腸桿菌基因的“剪刀”。動物研究表明，經過這些設計的噬菌體顯著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。

工程噬菌體療法充滿希望的早期結果正在吸引大量的風險投資，這將有助于促進工程噬菌體的臨床試驗。目前，在44項具有治療目的的噬菌體相關臨床試驗中，有29項是自2020年初以來發布的。涉及天然噬菌體和設計噬菌體的基于噬菌體的療法將繼續成為工程微生物組的強大方法，從而增強人類、動物和植物的健康。

工程病毒可以實現超靶向治療，可以選擇性地影響特定的細菌

5. 改善心理健康的元宇宙

共享虛擬空間改善心理健康

心理健康是這個時代最緊迫的公共衛生問題之一。過度使用屏幕和社交媒體可能會降低心理健康水平，但如果使用得當，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進行專業和社交互動的數字環境。這些空間的未來通常被稱為“元宇宙”，其中可能包括增強現實（AR）或虛擬現實（VR）增強的虛擬共享空間。就像目前存在多個共享虛擬平臺一樣，可能會出現多個元宇宙，其目的和沉浸程度各不相同。

游戲平臺已經被用于心理健康治療。這些平臺不僅提高了患者的參與度，還幫助消除對心理健康問題的偏見。例如，DeepWell療法公司開發了用于治療抑郁癥和焦慮癥的視頻游戲；TRIPP公司創建的Mindful 元宇宙通過虛擬現實引導正念和冥想來增強幸福感。

成熟的界面技術可以進一步增強遠距離參與者之間的社會和情感聯系。例如，Emerge Wave 1 是一款桌面設備，它使用超聲波來模擬觸摸，增強用戶的社交體驗。無創神經技術甚至可以根據用戶的情緒狀態提供反饋。例如，Neurable耳機使用電極來測量情緒，并相應地調整音樂。最終，虛擬世界還將與治療性神經技術相結合，比如直接刺激大腦來治療頑固性抑郁癥。

利用元宇宙來滿足連續的精神保健需求可能是一個雙贏的局面。不僅會使患者從中受益，而且將虛擬世界建立在一個實際的、必要的應用中，也可以推動虛擬空間的不斷發展。

元宇宙可以為人們提供一個互相聯系和獲得治療的共享虛擬空間

6. 可穿戴植物傳感器

農業數據收集革命，養活全世界

聯合國糧食與農業組織指出，到2050年，世界糧食產量需要增加70%才能養活全世界人口。農業技術創新將是應對這一問題和改善世界糧食安全的關鍵一步。

傳統上，作物通過人工土壤測試和目視檢查進行監測，這兩種方法既昂貴又耗時。最近的技術進步提高了作物監測的便利性，使農民能夠更大規模地監測作物狀況。如今，配備傳感器的無人機和拖拉機提供了關于作物狀況的較高分辨率的信息。農作物監測的下一個前沿是更高的分辨率：監測單個植物。

可穿戴植物傳感器有望改善植物健康并提高農業生產力。這些小型的、非侵入性的設備可以附著在農作物上，連續監測溫度、濕度、水分和營養水平。來自植物傳感器的數據可以優化產量，減少水、化肥和農藥的使用，并發現疾病的早期跡象。Growvera 和 Phytech 兩家公司已經自主開發出微型針狀傳感器，可插入植物的葉子或莖中測量電阻的變化。數據通過無線傳輸到計算機或移動設備，并在其中進行分析以生成有關植物健康的解讀。

可穿戴植物傳感器還有很多方面要完善，譬如可穿戴傳感器的安裝和維護成本高昂，分析傳感器的數據可能需要專業知識等。此外，可穿戴傳感器對植物生長和發育的長期影響也值得研究。

盡管存在這些挑戰，可穿戴植物傳感器仍有望徹底改變作物生產和管理。通過提供有關植物健康和環境狀況的實時數據，這些設備可以幫助農民優化農業生產力，減少浪費，最大限度地減少農業對環境的影響，同時幫助養活世界上不斷增長的人口。

對單個植物的監測可以獲得農作物的高分辨率數據

7. 空間組學

揭開生命奧秘的分子水平的生物過程圖譜

人體由大約37.2萬億個細胞組成。它們如何共同工作，使我們保持活力和健康？空間組學可能為研究人員提供答案。

通過將先進的成像技術與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繪制生物過程的內容、地點和時間。從感興趣的器官（如老鼠的大腦）開始，科學家把組織切成只有一個細胞厚度的薄片。然后使用創新技術將每個切片中特定生物分子的位置可視化?？臻g組學允許以前所未有的細節觀察以前不可觀察的細胞結構和生物事件。

得益于空間組學，新一代的分子水平的“細胞圖譜”得以繪制，它詳細描述了發生在人類和其他物種中的眾多生物過程。根據2021年的統計，相關市場總價值為2.32億美元，預計到2030年收入將達到5.87億美元，越來越多的公共和私營公司正在尋求提供空間組學解決方案。雖然學術和轉化研究中心在2020年占市場的89%，但市場正在急劇擴大，包括制藥和生物技術行業。

為充分發揮空間組學的潛力，必須解決數據采集、處理、存儲和標準化報告方面的技術挑戰。此外，應用應該擴展到其他生物分子，如代謝物，以及其他生物，包括植物和無脊椎動物，以進一步闡明潛在的生物學。自《自然-方法》將空間組學評選為2021年年度技術以來，在極短的時間里，它已經從一個小眾技術發展成為一種有望標準化并廣泛應用的技術，徹底改變人類對生命的理解。

新的成像技術可以讓我們前所未有地接近以前無法觀察到的東西

8. 柔性神經電子學

更好地設計電路與神經系統連接

近年來，腦機接口（BMI）獲得了關注，激發了人們對通過思想控制機器的潛力和想法。腦機接口允許捕捉大腦產生的電信號，并通過算法將這些電信號解碼為計算機可以理解和執行的指令。類似BMI的系統已經用于治療癲癇患者，并在神經假肢領域得到應用——假肢使用電極與神經系統進行連接。

盡管取得初步成功，但這些技術仍面臨挑戰。目前醫生使用的植入物是由硬材料制成的，就像筆記本電腦或手機內的芯片一樣，它們會引發長期的疤痕，并引起嚴重的不適。它們不能彎曲或適應大腦運動，因此，隨著時間的推移，它們在位置上“漂移”，降低了捕獲信號的準確性。非侵入性的方法，比如把電極放置在顱骨外部，不需要手術植入，但檢測信號微弱。

研究人員最近開發了一種生物相容性材料的腦接口電路，這種材料柔軟而靈活。柔性電路可以適應大腦，減少疤痕和傳感器漂移，它們可以裝載足夠的傳感器，同時刺激數百萬個腦細胞，大大優于硬探針的規模和時間。

柔性BMI的應用已經在美國食品藥品管理局（FDA）批準的臨床試驗中進行，這使得該項技術可能迅速成為現實。未來，其他可植入設備，如心臟起搏器，也可以采用類似的材料。材料制造和軟電路印刷的進步可以進一步改善柔性BMI技術，最終實現真正的人機交互。

與許多新興技術一樣，在廣泛實現這些接口之前，必須考慮廣泛的倫理問題。潛在的健康結果必須與公眾的接受和信任相平衡。此外，鑒于腦源數據的敏感性，隱私和道德使用準則必須確定如何在短期、中期和長期使用這些數據。

柔性電子技術的突破可能為神經學治療鋪平道路

9. 可持續計算

設計和實施凈零能耗數據中心

在這個日益以數據為基礎的社會中，數據中心為谷歌搜索、電子郵件、虛擬世界、人工智能和無數其他方面提供便利，據估計，它們消耗的電力占全球總發電量的1%，而且隨著對數據的服務需求不斷增長。但隨著新興技術以創新的方式結合和集成，預計未來十年將在凈零能耗數據中心方面取得實質性進展，使凈零能耗數據中心的夢想成為現實。

首先，為了解決熱管理問題，正在開發使用水或介電冷卻劑散熱的液體冷卻系統，并將多余的熱量重新用于空間供暖、水加熱和工業過程等應用。例如，瑞典斯德哥爾摩市正在實施利用數據中心的廢熱為家庭供暖的項目。

其次，人工智能被用于實時分析和優化能源使用，在不影響性能的情況下最大限度地提高效率。DeepMind已經成功展示了人工智能能源管理的潛力，使谷歌數據中心的能耗降低了40%。

最后，支持凈零能耗數據中心的技術基礎設施正變得更加模塊化和基于需求。例如，云計算和邊緣計算系統允許將數據處理和存儲分布在多個設備、系統甚至位置。

實現凈零能耗數據中心將涉及創新方法，將上述方法與新的發電、存儲和管理技術相結合的創新方法。鑒于這一領域的創新和投資浪潮，我們有理由對未來幾年持樂觀態度。

熱管理和能源優化方面的創新可以幫助數據中心轉向更加環保的未來

10. 人工智能輔助醫療

提高醫療保健系統效率的新技術

COVID-19大流行初期，醫院的可持續工作迅速超過負荷，世界各地醫療保健系統的缺陷變得非常明顯和可怕。為了應對這一情況，政府和學術團隊將 AI 和機器學習（ML）整合到醫療領域，既可以預測即將到來的大流行病，也可以幫助有效地應對它們。目前這項技術處于初級階段，但隨著更多優質數據整合到 AI 和 ML 模型中，它將迅速得到擴展。

基于AI的技術還可以極大改善患者獲得治療的機會，醫療服務公司醫學信任使用這種技術將患者的治療需求與設施可用性以最佳方式結合起來，從而大大縮短了治療等待時間——在某些情況下，從幾個月縮短到幾周。加拿大正在廣泛采用一種基于 AI 的方法來優化獲得護理的機會，并可能在其他地方復制。

基于 AI 的醫療保健在發展中國家的影響可能更為深遠，這些國家往往缺乏向大部分人口提供醫療服務的基礎設施和人員。協助識別、監測和治療新的或正在發生的疾病的智能工具，是利用 AI 和 ML 在目前護理不足的地區增強醫療保健能力的第一步。例如，印度人口超過14億，分布廣泛，可采用基于 AI 的方法來加強醫療服務。印度政府允許醫生通過輔助技術與偏遠社區接觸，并提供必要的隱私保護。

除了保護數據隱私和收集生成這些見解所需的高質量數據外，實施人工智能促進的醫療保健方法面臨的其他挑戰包括促進公眾接受和普遍采用此類技術，解決可能存在的國家安全問題。隨著 AI 和 ML 在全球醫療保健領域的應用，法律框架也開始出現。未來三到五年內，基于人工智能的醫療保健解決方案將變得越來越普遍，這將為人類健康帶來巨大福音，尤其對于那些醫療服務不足的國家。

新興人工智能系統影響醫療保健最有效的方式之一是數據處理和分析