十大新兴技术

从可以诊断疾病的呼吸传感器到低功耗设备的无线充电，今年的顶级新兴技术清单充满了与环境、健康、基础设施和连接相关的令人振奋的技术发展。从数十项提名中，专家们选出了一组能够颠覆现状、刺激真正进步的新技术。以下是2021年度的十大新兴技术。

1.脱碳的兴起

自从科学家提出地球大气中过量的二氧化碳将导致热量滞留和全球变暖以来，一个世纪已经过去了。在此期间，全世界都在努力促进日常生活各个方面的脱碳。政府和工业界已经做出了减少碳排放的突破性承诺。在未来三到五年，履行这些承诺将需要前所未有的技术创新，并将新兴技术的应用规模扩大到工业生产水平，如大规模储能、低碳/非碳化学源、振兴铁路运输、碳封存、，低碳农业、零排放车辆和电源，以及全球一致同意的合规监控。

2.自己制作肥料的作物

今天，世界每年使用超过1.1亿吨氮肥来提高作物产量。如果作物能够自己捕获氮，并以大豆和大豆等类似于氨的豆类作物的形式“固定”氮，会怎么样？作为最重要的新兴技术之一，研究人员现在的目标是使玉米和其他谷物等其他作物能够自我施肥。例如，研究人员正试图模拟大豆和细菌之间的共生分子通讯，以产生根瘤，这是大豆的天然肥料工厂。另一种方法是让通常定居在谷物根部的土壤细菌（但通常不产生根瘤）学会产生硝化酶，这是一种将大气中的氮转化为与植物相容的氨的关键成分。

3.吹气诊断疾病

很快，对患者来说，疾病检测可能就和呼气一样简单。新的呼吸传感器可以通过采集人体呼吸中800多种化合物的浓度来诊断疾病。例如，人类呼吸中丙酮的增加表明患者患有糖尿病。当呼吸化合物流过金属氧化物半导体时，这些传感器感应电阻的变化。然后，算法分析传感器数据。新型冠状病毒肺炎技术在推广前仍需进一步完善。在2020年3月在中国武汉进行的一项研究中，该传感器在检测新冠肺炎病毒方面取得了惊人的95%的准确率，并在识别患者方面显示出100%的灵敏度。

通过呼吸检测疾病。（图片来源：路透社/陈林）

4.按需生产药品

今天的药物通常是大量生产的。整个生产过程由多个步骤组成，不同的工艺部件分布在世界各地。这一过程可能需要几个月才能完成，涉及数百吨材料，这将对生产一致性和可靠供应带来一些挑战。现在，微流控技术和按需制药业的进步使得少量的普通药物可以按需生产，这项技术将覆盖越来越多的药物。这个过程通过管道将材料移动到一个小的反应室，也称为连续流动制造。在偏远地区或野战医院，这些药物可以通过便携式机器制造，并且可以为每个患者定制剂量。另一个需要解决的挑战是降低这种新兴技术的高成本。

5.来自无线信号的电能

物联网（IOT）由数十亿个电子设备组成。这些电子设备的某些功能利用了互联网的连通性。物联网传感器可以报告对我们日常生活至关重要的数据。它们通常是非常低功率的设备，但很难保持充电状态，因为电池寿命有限，而且一旦配置好，通常很难触摸。随着5g的出现，现在可以提供足够功率的无线信号，物联网传感器中的微型天线可以从这些信号中“收集”电能。这种新兴技术的早期形式长期以来一直被用于自动“标签”，这种标签由司机通过收费站时发出的无线电信号提供动力。

5g将有助于推动动物网络的发展。（图片来源：路透社/George·弗雷）

6.延长“健康跨度”的设计

世界卫生组织预测，从2015年到2050年，60岁及以上人口的比例将增加近一倍，从12%增加到22%。衰老与急性和慢性疾病有关，如癌症、2型糖尿病、痴呆症和心脏病。研究人员已经初步了解了衰老的分子机制，这不仅可以帮助我们活得更长，而且更健康。利用全息技术（例如，它可以同时量化所有基因活动或细胞中所有蛋白质的浓度）和表观遗传学的洞察，研究人员可以识别能够有效预测疾病的生物标志物，从而为积极治疗提供方向和目标。

7.绿化

为了满足世界粮食需求，通常需要向作物施用氨产生的肥料——以及大量的氨。合成肥料用氨涉及一种能源密集型工艺，称为AndyLau工艺，需要大量的氢气供应。如今，大部分氢是通过电解（利用电分解水分子）或碳氢化合物的高温裂解产生的。驱动这两种方法所需的能源目前导致大量温室气体排放。随着可再生能源的普及，一种不会释放温室气体的“绿色”氢变体正在诞生。除了消除大气中多余的碳，绿色氢气不使用污染性化学品。如果使用化石燃料作为能源，这些化学品将包括在内。这种纯度可以实现更有效的催化作用，促进氨的生产。

8.生物标志物设备无线化

没有人喜欢针。然而，许多常见的急慢性疾病需要频繁或更多的血液采样来监测生物标志物，这些生物标志物对于跟踪癌症、糖尿病和其他疾病的进展非常重要。低功耗无线通信技术的进步以及利用光学和电子探针的新型化学传感技术正在促进对关键医疗信息的持续无创监测。100多家公司已经部署或正在开发用于各种场景的无线生物标记物传感设备，重点关注糖尿病（糖尿病在世界各地非常流行）。无线连接确保数据立即可用，远程医疗专业人员可以在需要时进行实时干预。

无线连接增强了数据的即时可用性。（来源：Getty/lpettet）

9.印有当地材料的房屋

在美国和其他发达国家，使用大型3D打印机建造房屋的推广程度有限。在发展中国家，由于基础设施有限，材料运输已成为一项挑战。最近使用3D打印机的做法取得了巨大的进步，即使用当地购买的材料、粘土、沙子和当地纤维打印建筑物——这解决了大约95%需要运输到建筑工地的材料。这项新兴技术可以在偏远地区建造坚固的庇护所，那里住房需求迫切，没有可行的交通网络。对于经常落后的国家来说，这一结果可能会改变行业规则。

10.全球空间连通性

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数据集的重要信息。最近，随着无数低地球轨道的低成本微型卫星的出现，这些卫星可以在全球范围内捕获这些数据并将其下载到中央设施进行处理，物联网将对全球形势有前所未有的了解，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地区。安全数据链路功率低、低地球轨道卫星使用寿命短等问题仍然存在，但根据目前的稳定进展，预计将在未来三到五年在全球实施。

空间卫星有可能更好地了解地球的情况。（来源：盖蒂/詹尼克罗斯）