当前，世界面临许多重大挑战：气候变化、能源枯竭、粮食生产、生活与健康等，世界经济论坛2021年度选定的“十大新兴技术”主要关注世界面临的主要问题。这十项技术有望深刻地改变人类的未来。

技术改变未来

减少碳排放

国际社会应对全球气候变化的全面承诺将进一步催生新技术。二氧化碳作为温室效应各个国家和行业都在积极努力减少碳排放。美国、英国欧盟其他主要发达国家以及中国和印度等大型发展中国家已向国际社会承诺到2030年大幅减少碳排放总量。

为了实现这一承诺，加快新能源产业的发展，全球势在必行，这也将催生一系列多元化新能源技术的“涌现”，加快孵化速度，提高落地效率。以下领域将受到重大关注和发展：氢能技术，包括氢燃料电池“绿色”氢燃料、光伏、风能、水电、潮汐、核能等零排放技术将得到更多支持。

与此同时，人造肉将在农业和食品领域得到进一步发展肉以外）和其他蛋白质替代品。通过物联网连接的传感器数据将越来越多地支持土地、作物、化肥和灌溉水的智能管理，这将有助于进一步减少碳排放。

改良作物

磷肥作为世界粮食的主要肥料，磷肥的制备这在很大程度上取决于含氮工业肥料的使用。根据联合国粮食及农业组织他说，世界每年需要大约1.1亿吨氮来维持全球作物产量。氮肥通常是通过将空气中的氮转化为氨来生产的。含氨肥料维持着世界粮食产量的50%左右，而制备含氨肥料的过程将消耗世界主要能源需求的1%，工业化过程中排放的二氧化碳占全球碳排放量的1%至2%。

为了减少这部分碳排放，研究人员正在使用自然方法来获得制造氮肥的解决方案。例如，玉米、谷物和其他主要粮食作物依赖土壤中的无机氮，豆科植物的根与土壤细菌相互作用形成土壤根瘤，通过细菌固氮的能力，大气中的氮转化为氨。这些天然固氮方法启发了研究人员。

目前，发达国家政府和社会资本的投入为工程固氮领域的研发提供了强有力的支持。在未来，利用自然共生能力的作物可能很快成为更可持续的粮食生产的关键要素。

呼吸道生物样本的检测

这项新技术将促进人类呼气检测用于疾病诊断，这比血液取样耗时少得多。生物检测新技术的使用类似于警察用来检查酒后驾驶的酒精呼气分析仪。这种方法也可用于今后的疾病诊断。

人类呼吸中有800多种化合物。最近的研究表明，人体呼出气体中的不同化合物浓度与疾病之间存在着很强的相关性。例如，丙酮浓度的增加是必要的糖尿病一氧化氮浓度升高可作为呼吸系统疾病的生物检测指标；各种醛指数的增加表明患肺癌的可能性很大。

此外，呼吸检测的使用将大大减少检测等待时间，通常只有几分钟用于呼吸检测外部计算机可以分析传感器数据，以生成检测报告。

除了提供比血液采样更快的结果外，呼吸传感器还采用了无创检测方法。在医疗资源有限的国家，其易用性、便携性和成本效益将提供更好的医疗保障。呼吸测试也有助于减少病毒在社区中的传播，其方式类似于在进入超市或餐厅等公共场所之前对个人进行体温检查。

2020年3月，以色列研究人员完成了探索性临床应用。2019冠状病毒疾病的检测采用COVID-19（COVID）95%。目前，这项技术正在进行广泛的临床试验，但在全面普及之前还需要进一步成熟。

私人定制药品

如果你去药房时，药剂师不是通过预制药物来填写你的处方，而是根据你的诊断来配制最符合你症状的药物，这听起来不是很神奇吗？

由于药品的特殊性，药品生产传统上集中在合格的制造商进行大规模生产。药物的成分和剂量是标准化的，不可能为个人定制不同成分和剂量的药物。然而，微流控和按需药物制造的最新技术有望使这一想法成为现实。

按需药品制造，也称为连续过程药品制造，可一次性完成药品生产。其工作原理是通过流体方式将药物成分输入到小型合成设备中，合成设备可以根据需要配置成分，从而为患者定制所需药物。

这项技术的更大意义在于，它可以部署在偏远地区或野战医院，随时根据需求生产药品。这也意味着储存和运输药物所需的资源更少，而且剂量可以根据患者的具体情况而定。

2016年，麻省理工学院和国防高级研究计划局（DARPA）成功开发了一种冰箱大小的药物合成设备，并在24小时内制备了1000剂普通药物：盐酸苯海拉明，用于缓解过敏症状；地西泮，用于治疗焦虑和肌肉痉挛；抗抑郁药盐酸氟西汀；局部麻醉药盐酸利多卡因。

目前，用于按需药品生产的便携式设备的成本高达数百万美元，这阻碍了其广泛推广。此外，需要新的质量保证和质量控制标准来规范个性化处方和单一药物制剂。然而，随着成本的下降和监管框架的完善，药物按需生产将给未来的制药行业带来颠覆性的变化。

无线充电

今天，构成物联网（IOT）的无线设备已经成为网络世界的骨干。物联网无线设备被部署为家庭生活工具生物医学危险和难以到达区域的可穿戴设备和传感器。随着物联网的发展，它将在农业节水灌溉和农药喷洒、智能电网、桥梁或混凝土基础设施缺陷监测、泥石流和地震预警等方面得到更广泛的应用。

预计到2025年，全球将有400亿台物联网设备上线。为这些设备提供方便的按需供电是一个新的挑战。5g无线信号将比4G传输发射更多的辐射能，这表明许多低功耗无线设备将永远不需要插入电源。

目前，研究人员已经成功地从Wi-Fi路由器和微波RF设备收集辐射能，为低功耗物联网设备供电。这项新兴技术将把辐射能收集提升到一个新的水平，并为大量部署物联网设备提供能源解决方案。

永远年轻

在未来，生命科学将更加关注“健康寿命”，而不仅仅是寿命。

根据世界卫生组织从2015年到2050年，全球60岁以上人口的比例将从12%增加到22%。老年痴呆、癌症、糖尿病、动脉硬化等慢性病对老年人的健康和社会发展构成巨大挑战。逆转衰老或寻找“青春之源”一直是人类的愿望。

科学研究人员通过了考试基因组编码技术，量化所有基因的活性以及细胞中蛋白质和代谢物的浓度，结合遗传学研究，已经越来越清楚人类衰老的关键机制。研究人员发现，人类生物年龄的识别是人类疾病和死亡风险的关键预测因子。

最近，研究人员通过对人类衰老机制的不断了解，积极推动了靶向治疗的发展。例如，最近的一项初步临床研究表明，服用含有人类生长激素的药物混合物一年可以使身体的“生物钟”反转1.5年。科学家还发现，将年轻人血液中的蛋白质注射到老年小鼠体内可以改善与年龄相关的脑功能障碍。结果表明，人类年龄相关的认知衰退和其他疾病可以通过科学方法逆转。

目前采用在政府和医疗资本的大力推动下，全球100多家公司研发的药物已进入临床前阶段或早期临床试验阶段。这项新技术使人类越来越有希望对抗衰老，甚至挑战“生命的终极主题——死亡”。

绿色制氢

产业规模合成氨可以说，它是20世纪最重要的发明之一。氨被用于生产肥料和燃料，占世界粮食产量的50%，因此它是全球粮食安全的关键。然而，氨合成是一个能源密集型的化学过程，需要催化剂以氢固定氮。

氢必须由人工合成。目前，化石燃料、天然气、煤或石油都是在高温下蒸馏产生氢气的。问题在于，这一过程产生大量二氧化碳，占全球总排放量的1%至2%。

利用可再生能源分解水生成绿色氢气有望改变这种状况。除了消除制氢过程中的碳排放外，这种方法还可以在使用化石燃料时不添加化学物质（如含硫和砷的化合物）而生产出更多的纯氢，这些化合物会“中毒”催化剂，因此，反应效率降低。

更清洁的氢还意味着可以开发出更好的催化剂，而且不需要容忍化石燃料中的有毒化学物质。目前丹麦该公司已宣布开发一种新的绿色氨生产催化剂。

目前，绿色制氢的主要障碍是高成本。为了解决这一问题，欧洲能源企业开展了科技创新和研究，目标是到2030年以每公斤1.5欧元的价格提供绿色氢气。

生物标志物检测

对慢性病进行持续、无创的监测一直是医学界的期望。好消息是，无线、便携式和可穿戴式监测传感器不久将用于临床应用。监护仪使用多种方法检测汗液、眼泪、尿液或血液中的水分生物标志物，可穿戴式监控传感器使用轻型或低功耗电磁辐射（类似于手机或智能手表）监测慢性病。

例如，电子隐形眼镜可以通过眼泪获得癌症生物标志物或血糖水平，以监测糖尿病。采用RFID技术的牙齿保护器唾液传感器可以监测唾液生物标记物对口腔溃疡、呼吸道炎症、HIV、肠道感染、癌症和新冠病毒的早期预警。

3D打印机大楼

根据联合国据估计，使用3D打印机建造房屋有助于解决这个问题全世界16亿人住房不足的挑战。

3D印刷厂的概念并不新鲜。它的灵感来自火星移民项目，因为火星没有建造房屋所需的大部分材料。通过大型3D打印机打印混凝土、沙子、塑料、粘合剂等混合物可以作为一种相对简单且成本较低的施工方法，似乎非常适合缓解偏远和贫困地区的住房问题。

天基物联网

如今，物联网（IOT）至少有100亿个有源设备，预计在未来10年将翻一番。为了最大限度地发挥物联网在通信和自动化方面的优势，有必要将设备分布到世界各地并收集数据。数据在云数据中心进行处理和使用人工智能识别异常数据，为人类提供早期预警。例如，气候异常和自然灾害。但问题是：地面蜂窝网络它覆盖不到世界的一半，在连接方面留下了巨大的差距。

基于空间的物联网系统可以使用距离地球数百公里的低成本、低重量（小于10公斤）的纳米卫星网络来填补这些空白。第一颗卫星于1998年发射纳米卫星今天，大约有2000颗纳米卫星用于轨道监测。SpaceXStar链接、OneWeb、Amazontelesat已经使用纳米卫星提供全球互联网覆盖。

空间物联网建设仍面临诸多挑战。例如，纳米卫星的寿命相对较短，约为两年，必须由昂贵的地面基础设施支持。为了应对日益严重的轨道空间碎片问题，国际空间局计划在卫星功能寿命结束时自动将其脱离轨道，或使用其他航天器将其收集起来。