植物传感器在列！2023年十大新兴技术发布

来源：中国战略新兴产业

在夏季达沃斯论坛（世界经济论坛第十四届新领军者年会）上，《2023年十大新兴技术报告》正式公布。

编辑：感知芯视界

世界经济论坛执行董事Jeremy Jurgens介绍，《2023年前沿技术十大报告》（以下简称“报告”）旨在帮助各行业的专业人士预测可能出现指数级发展的技术，解读其影响、推动塑造产业和服务社会的应用。

这十大新兴技术包括以下内容。

01柔性电池

从可卷曲的计算机屏幕到“智能”服装，电子产品未来将越来越“灵活”。可穿戴设备、柔性电子和可弯曲显示屏的快速发展迫切需要能够与这些系统的灵活性相匹配的电源。标准的硬性电池很快可能会成为过去，因为薄型、柔性的电池（由可以轻松扭曲、弯曲或拉伸的轻质材料制成）已经进入市场。

目前有几种类型的柔性电池可供选择。这些电池可充电，包括放置在导电聚合物电流收集器上的锂离子或碳锌体系。在某些情况下，添加剂可以增强导电性和柔韧性。柔性电池的电极可以涂覆或甚至印刷在柔性基底上，包括石墨烯、碳纤维或织物等碳基材料。

柔性电池市场预计将在未来几年迅速扩张。一项研究预测，全球柔性电池市场在2022年至2027年间将增长2.4亿美元，在此期间的复合年增长率为22.79%。增长的主要驱动因素预计将是对可穿戴设备的需求增加以及电子产品微型化和柔性化的趋势。

LG化学、三星SDI、苹果、诺基亚、前沿科技、意法半导体、蓝火花科技和富丽电池新技术在内的几家公司正在积极开发和商业化柔性电池技术。

02生成式人工智能

生成式人工智能（AI）是一种强大的AI类型，它可以通过学习数据中的模式、使用复杂的算法和受人脑启发的学习方法，创造新的原创内容。虽然生成AI目前主要专注于生成文本、计算机编程、图像和声音等领域，但这项技术可以应用于各种目的，包括药物设计、建筑和工程。

最近流行的ChatGPT这类基于AI的语言模型可以提高生产力和改善输出质量，将人类任务从草稿撰写转变为创意生成和编辑。生成AI技术特别有益于能力较低的工人，可以提高工作满意度和自我效能感。鉴于采用这些新技术可能带来的生产力提升，我们必须意识到可能出现的工作替代现象。因此，制定支持工人提升技能的政策和计划至关重要，以确保技术创新的好处得到广泛分享，并使工人具备在不断变化的就业市场中蓬勃发展所需的技能。

最新的发展涉及可以做出重要决策或采取重大行动的自主AI系统。例如，AutoGPT是使用GPT-4语言模型的自主AI应用程序。AutoGPT可以通过将目标分解为较小的任务，并利用互联网搜索或文本到语音技术等工具，自动完成用户确定的目标。

生成AI技术，特别是自主AI技术，越来越多地融入人们日常生活的多个方面，引发了公众的兴奋和关注。为了建立公众对生成AI的信任，应确保应用程序符合约定的专业和道德标准。

03可持续航空燃料

航空业每年产生的二氧化碳排放占全球总量的2-3％，根据预测，2022年至2050年间航空业的排放量将达到39千兆吨。电动汽车在陆地交通中的使用正迅速增加，但航空业在减少碳排放方面面临困境，因为长途飞行需要更高能量密度的燃料。此外，更换飞机的高成本意味着现有机队将继续运营数十年，而且电动或氢燃料飞机可能在任何情况下都无法用于长途飞行。

目前出现了一种无需对现有航空基础设施和设备进行大规模改变的解决方案：可持续航空燃料（SAF），它由生物（例如生物质）和非生物（例如二氧化碳）资源生产。结合其他减碳策略，包括系统范围的运营效率、新技术和碳抵消，SAF应该可以使航空业在未来几十年内实现净零碳排放。

目前，SAF在全球喷气燃料需求中所占比例不到1％，但到2040年，这个比例必须增加到13-15％，以使航空业在2050年实现净零排放。目前，利用可再生能源从生物原料中生产SAF的能力正在稳步增加。根据国际航空运输协会的数据，2022年SAF的生产量达到至少3亿升（乐观估计为4.5亿升），几乎是2021年的三倍。越来越多的航空公司承诺使用SAF，这一趋势将通过全球努力加速，例如世界经济论坛的“清洁明天蓝天计划”和“先行者联盟”。

美国材料测试协会（ASTM）已经批准了九种可持续航空燃料，可以与传统石油基喷气燃料按比例混合，比例可高达50％。2023年，英国的一个联合体将交付首次全净零可持续航空燃料跨大西洋飞行的任务，展示了这项迅速发展的技术的潜力，并将世界更近地推向净零航空。

04工程噬菌体

噬菌体是有选择性感染特定类型细菌的病毒。科学家现在可以借助越来越复杂的基因工程工具，重新编程噬菌体以感染指定细菌，使其能够在植物、动物和人类微生物群落中的诸多共存的细菌类型中专门针对其中一种。例如，由于噬菌体通常只感染一种类型的细菌，因此可以针对复杂的微生物组中的个体细菌种类进行靶向治疗。

工程噬菌体显示出治疗与微生物组相关的疾病的潜力，例如溶血性尿毒症（HUS），这是一种罕见但严重的影响肾脏和血液凝固功能的疾病，由特定的大肠杆菌引起。科学家改造了感染大肠杆菌的噬菌体的遗传物质，使其编码能够切割导致HUS的大肠杆菌基因的遗传“剪刀”。动物研究表明，给予这些设计噬菌体显著减少了微生物组中导致HUS的大肠杆菌菌株的存在，并减轻了HUS的症状。

在44项具有治疗目的的工程噬菌体相关临床试验中，有29项是自2020年初以来发布的。基于噬菌体的治疗方法，无论是自然噬菌体还是工程噬菌体，都将继续成为一种强大的工程微生物组的方法，增强人类、动物和植物的健康。

05改善心理健康的元宇宙

针对不断加重的心理健康危机，产品开发者正在开始构建共享虚拟空间来改善心理健康。

过度使用屏幕和社交媒体可能会降低心理健康，但在负责任的使用下，它们也可以提升幸福感。在共享的虚拟空间中建立连接可能有助于对抗不断加剧的心理健康危机。虚拟共享空间是人们可以在其中进行专业和社交互动的数字环境。这些空间的未来通常被称为“元宇宙”，可能包括增强现实（AR）或虚拟现实（VR）增强的虚拟共享空间。就像目前存在多个共享虚拟平台一样，可能会存在多个元宇宙，其目的和沉浸程度各不相同。

一些游戏平台已经被利用于心理健康治疗。这些平台不仅增加了患者的参与度，还有助于消除心理健康问题的社会污名。例如，DeepWell Therapeutics创建了用于治疗抑郁症和焦虑症的视频游戏；总部位于英国的Xbox工作室Ninja Theory已将心理健康意识融入大众市场游戏，并计划通过他们的Insight项目扩展到治疗领域；TRIPP创建了Mindful Metaverse，通过启用虚拟现实引导正念和冥想来提升幸福感。

利用元宇宙满足心理保健需求的持续性可能是一个双赢的局面。不仅患者会受益，而且将元宇宙与实际必要的应用结合起来，可能推动这个不断进步的虚拟空间的出现。

06植物传感器

联合国粮食及农业组织表示，为了在2050年养活世界人口，全球粮食产量需要增加70%。农业技术创新将是实现这一巨大增长并改善世界粮食安全的关键一步。

传统上，监测大型农场依赖人工土壤测试和外观观察，而无人机和卫星在这方面已经带来了革命性的变化。如今，我们有了新一代的植物传感器。这些可穿戴植物传感器可以改善植物健康状况并提高农业生产力。这些小型、非侵入性的设备可以安装在农作物上，连续监测温度、湿度、湿度和营养水平。来自植物传感器的数据可以优化产量，减少用水、肥料和农药的使用量，并检测疾病的早期迹象。

Growvera和Phytech这两家公司分别开发了微型针状传感器，可以插入植物的叶片或茎部，测量电阻变化。数据通过无线传输到计算机或移动设备，进行分析以获取有关植物健康的建议。

可穿戴植物传感器有望彻底改变农作物生产和管理。通过提供有关植物健康和环境条件的实时数据，这些设备可以帮助农民优化农业生产力，减少浪费，并最小化农业对环境的影响，同时助力养活不断增长的全球人口。

07空间组学

人体由大约372万亿个细胞组成。它们如何共同工作，使我们保持生命和健康？空间组学可能为研究人员提供答案。

通过将先进的成像技术与DNA测序的特异性和分辨率相结合，这种新兴方法能够在分子水平上对生物过程的“是什么、在哪里以及何时”进行细致的映射。科学家首先选择一个感兴趣的器官（如小鼠大脑），将组织切片成仅一细胞厚的切片。然后使用创新技术来可视化每个切片中特定生物分子的位置。空间组学能够以前所未有的细节观察以前无法观察到的细胞结构和生物事件。

得益于空间组学，新一代的分子水平的“细胞图谱”得以绘制，图谱详细描述了发生在人类和其他物种中的众多生物过程。根据2021年的统计，相关市场总价值为2.3亿美元，预计到2030年收入将达到5.8亿美元，越来越多的公共和私营公司正在寻求提供空间组学解决方案。

虽然学术和转化研究中心在2020年占据了市场的89%，但市场正在迅速扩展，包括制药和生物技术行业。

08柔性神经电子学

近年来，脑机接口（Brain-Machine Interfaces，BMI）获得了关注，激发了人们对通过思维控制机器的力量和潜力的想象。脑机接口允许捕捉大脑产生的电信号，并通过算法将这些电信号解码为计算机可以理解和执行的指令。

类似BMI的系统已经用于治疗癫痫患者，并在神经假肢领域得到应用——假肢使用电极与神经系统进行接口。尽管取得了初步成功，但这些技术面临挑战。目前医生使用的植入物由硬材料制成，类似于笔记本电脑或手机内部的芯片，它们可能会引发长期瘢痕并引起明显的不适感。它们不能弯曲或适应脑部运动，所以随着时间的推移，它们会在位置上“漂移”，降低了捕捉信号的准确性。非侵入性方法，如放置在颅骨外部的电极，不需要手术植入，但提供的信号只能听到模糊且难以解码的声音，就像通过厚厚的口罩听别人说话一样。

研究人员最近在生物相容材料上开发了柔软、灵活的脑机接口电路。柔性电路可以适应大脑，减少瘢痕和传感器漂移，而且它们可以装载足够的传感器，同时刺激数百万个脑细胞，大大超过了硬探针的规模和时间。当在神经科学研究中使用柔性脑机接口时，可以加深对痴呆症和自闭症等神经系统疾病的理解。在临床上，柔性脑机接口可以提供更好的神经假肢控制，而无需频繁校准。

柔性脑机接口的应用已经在美国食品和药物管理局（FDA）批准的临床试验中进行，迅速使这项技术成为现实。未来，其他可植入设备，如心脏起搏器，也可以采用类似的材料。

09可持续计算

数据中心消耗全球产电量的约1%。通过将新兴技术以创新的方式结合和整合，使零能耗数据中心成为可能。可持续计算就是泛指这些技术的综合。

首先，为了解决热管理问题，开发使用水或绝缘冷却剂来散热的液冷系统，并将多余的热量重新利用于空间供暖、热水供应和工业过程等应用。其次，人工智能被用于实时分析和优化能源使用，最大限度地提高效率而不影响性能。如DeepMind已成功展示了人工智能驱动的能源管理的潜力，在谷歌的数据中心实现了高达40%的能耗降低。第三，支持净零能源数据中心的技术基础设施正变得更加模块化和需求驱动。例如，云计算和边缘计算系统可以将数据处理和存储分布在多个设备、系统甚至地点上。

实现净零能源数据中心将涉及创新方法，将上述方法与新的发电、储能和管理技术相结合。

10人工智能辅助医疗

新冠疫情初期，许多医院的可持续工作负荷迅速超过了容量。为了应对这一情况，政府和学术团队将人工智能（AI）和机器学习（ML）应用于医疗领域，既是为了预测即将到来的大流行病，也是为了有效应对它们。

目前这项技术还处于初级阶段，但将随着更多优质数据整合到AI和ML模型中快速扩展。基于AI的医疗可能在发展中国家产生更深远的影响，这些国家通常缺乏基础设施和人员来为大部分人口提供医疗服务。例如，印度拥有14亿人口，人口分布广泛，已采用基于AI的方法来增强医疗服务。印度政府已经通过协助技术使医生能够与偏远社区进行远程互动，并确保隐私保护措施得到落实。

总结

报告指导委员会联合主席，波士顿大学传媒学院新闻学院院长Mariette DiChristina介绍，《2023年前沿技术十大报告》旨在帮助改善全球状况、帮助人类自身。从报告可以看出，创新的驱动力是全球互联的加速、人工智能的崛起，以及物理、数字和生物世界的融合。

联合主席、IBM前任首席创新官Bernard Meyerson认为，最重要的是要认识到这些“超级”能力所带来的社会问题。人类的幸福最终也需要一个健康的地球。

为了满足这种需求，“十大”清单中包括可穿戴植物传感器，通过改善植物健康状况，实现增加食物产量。随着气候变化的影响变得越来越严重，其中两项创新取得了进展：可持续航空燃料，可由生物或非生物来源制成；可持续计算，为实现净零碳数据中心铺平道路。然而，为了应对这个对人类存在构成威胁的问题，还需要更多的创新。

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审核编辑 黄宇