在研發(fā)和創(chuàng)新相關(guān)政策規(guī)劃時(shí)，及時(shí)了解掌握能夠?qū)θ蚩萍己徒?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大影響的技術(shù)突破顯得尤為重要。歐盟委員會(huì)（EUROPEAN COMMISSION）發(fā)布《面向未來的100項(xiàng)重大創(chuàng)新突破》（100 Radical Innovation Breakthroughs for the future）報(bào)告，為所有關(guān)心科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新決策的人們提供了戰(zhàn)略資源。該報(bào)告通過對(duì)最新科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)的大規(guī)模文本挖掘，結(jié)合專家的咨詢?cè)u(píng)論，篩選了100項(xiàng)可能對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響的顛覆性技術(shù)，為歐盟未來研究與創(chuàng)新政策的可能優(yōu)先事項(xiàng)提供參考。本文就其主要內(nèi)容進(jìn)行摘編。
一、人工智能和機(jī)器人（Artificial Intelligence and Robots）
1. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）指將計(jì)算機(jī)生成的圖像（甚至聲音）疊加在我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知上。從技術(shù)角度來看，AR是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛脩艨梢岳盟鼜亩嘟嵌壤斫馊S環(huán)境。實(shí)現(xiàn)AR的基礎(chǔ)是虛擬投影與現(xiàn)實(shí)世界的集成。AR的專業(yè)應(yīng)用是交互式手冊(cè)，為操作機(jī)器的人提供現(xiàn)場指導(dǎo)。最新的研究領(lǐng)域是人類醫(yī)學(xué)。醫(yī)生們?cè)谑中g(shù)過程中使用AR技術(shù)，將大大減少在手術(shù)室的時(shí)間。已有研究證明，AR可以幫助截肢患者，通過向患者展示自己運(yùn)動(dòng)的虛擬實(shí)時(shí)模型來改進(jìn)康復(fù)方案，使他們能夠自我糾正。
2. 室內(nèi)自動(dòng)耕作（Automated Indoor Farming）
在具有高放射性地區(qū)，人們總擔(dān)心傳統(tǒng)種植的產(chǎn)品可能含有放射性沉降物；在缺乏水資源和沙漠地區(qū)可能會(huì)給蔬菜種植帶來挑戰(zhàn)。因此，在室內(nèi)進(jìn)行工廠化養(yǎng)殖得到推廣。室內(nèi)自動(dòng)耕作在人工智能系統(tǒng)的指導(dǎo)下，機(jī)器可以執(zhí)行傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如育苗、再植和收獲，也包括畜牧業(yè)。從長遠(yuǎn)來看，農(nóng)業(yè)可能會(huì)完全自動(dòng)化，首先在缺乏人力資源和極端條件的地區(qū)實(shí)現(xiàn)，然后推廣至全球。這可能對(duì)食品文化、可持續(xù)性、社會(huì)結(jié)構(gòu)以及就業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。
3. 區(qū)塊鏈（Blockchain）
區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N允許互不相識(shí)的人組織網(wǎng)絡(luò)來保存可信記錄的技術(shù)。區(qū)塊鏈也是比特幣等加密貨幣的核心技術(shù)。區(qū)塊鏈可能會(huì)通過建設(shè)去中心化網(wǎng)絡(luò)，為所有可能的交易提供一個(gè)中立和公平的結(jié)果。企業(yè)將區(qū)塊鏈技術(shù)視為提高自身業(yè)務(wù)可追溯性的機(jī)會(huì)。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保存不可變記錄，沒有任何麻煩或感染的風(fēng)險(xiǎn)，網(wǎng)絡(luò)上的任何人都可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，可以用來增加工作的透明度。公共團(tuán)體和企業(yè)認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)俏磥碚\信經(jīng)營的基礎(chǔ)設(shè)施。
4. 聊天機(jī)器人（Chatbots）
聊天機(jī)器人是一種通過書面文字或現(xiàn)場音頻與人進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話的計(jì)算機(jī)程序。傳統(tǒng)上，聊天機(jī)器人遵循一組預(yù)定義的規(guī)則和腳本，查找特定的單詞并為預(yù)定義的問題提供預(yù)定義的答案，這種模式通常會(huì)導(dǎo)致用戶體驗(yàn)不佳。較新的聊天機(jī)器人由人工智能技術(shù)提供動(dòng)力，使得它們?cè)谟脩糨斎敕矫娓屿`活，并模糊了聊天機(jī)器人與Siri、Cortana或Google Assistant等虛擬助手之間的界限。
隨著聊天機(jī)器人在理解和響應(yīng)用戶問題方面越來越好，它可能會(huì)不斷進(jìn)化并成為主流。未來的聊天機(jī)器人可能會(huì)帶來豐富的會(huì)話用戶界面，使用戶可以自然地與計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和機(jī)器人等進(jìn)行交互。
5. 計(jì)算創(chuàng)造力（Computational Creativity）
計(jì)算機(jī)能夠創(chuàng)造出原創(chuàng)性的藝術(shù)、創(chuàng)意和解決方案，它們看起來像在大型藝術(shù)博覽會(huì)上出現(xiàn)的作品一樣。制作這些作品的半自主人工智能系統(tǒng)由設(shè)計(jì)師支持，但通過沒有先入為主的限制和使用較高的處理能力來確定新的途徑、新的解決方案和新的想法。
人工智能在未來將扮演越來越重要的角色，除了完成機(jī)械任務(wù)外，還可以增強(qiáng)人類的探索和解決問題的能力。下一個(gè)前沿領(lǐng)域是使用復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計(jì)全新的策略，這些策略迄今仍在挑戰(zhàn)人類的想象力。
6. 無人駕駛（Driverless）
無人駕駛技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要障礙之一是傳感器的相對(duì)成本和復(fù)雜性，因此需要花費(fèi)大量的精力來尋找感知世界的新方法。從界面設(shè)計(jì)的角度來看，無人駕駛車輛出人意料的復(fù)雜，創(chuàng)造完全自主無人駕駛汽車的進(jìn)程仍在繼續(xù)。然而，盡管有大量的跨國資源致力于開發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，但其前景并不像許多人最初認(rèn)為的那樣可觀。從長遠(yuǎn)來看，無人駕駛成為常態(tài)社會(huì)將發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，擁有私家車可能不再對(duì)很多人有吸引力，無論是陸運(yùn)、空運(yùn)還是海運(yùn)，運(yùn)輸都將成為一種商品。很難想象某個(gè)行業(yè)不會(huì)受到無人駕駛汽車的影響，因此政府應(yīng)該保障立法與技術(shù)的和諧發(fā)展。
7. 外骨骼（Exoskeleton）
外骨骼是一種體外的人造結(jié)構(gòu)，為了補(bǔ)償或增強(qiáng)自然的身體能力而設(shè)計(jì)。它被放置在人的身體上，作為一個(gè)增強(qiáng)放大器，增強(qiáng)或恢復(fù)人的機(jī)械性能。外骨骼最成熟的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它們將幫助患者從癱瘓、多發(fā)性硬化癥、腦癱和其他使人衰弱的疾病中康復(fù)。外骨骼可能會(huì)逐漸被老年人廣泛使用。新的工業(yè)設(shè)備可能更接近骨骼，從而提升了人體意識(shí)和身體動(dòng)作的整合度。但在不久的將來，可能只能看到提供有限援助/支持的輕型軍事外骨骼裝備。
8. 高光譜成像（Hyperspectral Imaging）
高光譜成像在安全、國防、環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的數(shù)碼攝影只捕捉三種波長的光，從藍(lán)色到綠色再到紅色，高光譜成像可以在數(shù)百個(gè)波長上產(chǎn)生圖像。這些圖像可以用來確定在任何被成像的場景中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，有點(diǎn)像遠(yuǎn)距離的光譜學(xué)。
高光譜成像能夠提供比常規(guī)成像系統(tǒng)更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，目前仍處于起步階段。高光譜機(jī)器視覺應(yīng)用存在一些限制，關(guān)鍵因素是傳輸速度，受高光譜數(shù)據(jù)固有的大數(shù)據(jù)量的限制，成本和信息處理方法也是高光譜成像的應(yīng)用障礙，但是將最新的高光譜成像引擎技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來有望解決這些問題。
9. 語音識(shí)別（Speech Recognition）
第一個(gè)商業(yè)上成功的語音識(shí)別技術(shù)可以追溯到1990年，但隨著計(jì)算能力和新算法的發(fā)展語音識(shí)別取得了驚人的進(jìn)步。研究人員制造了一種用于自動(dòng)語音識(shí)別的低功耗專用芯片，其功耗效率是手機(jī)多功能芯片的100倍。新的語音處理器支持立體聲 AEC（聲學(xué)回聲消除）和遠(yuǎn)場線性麥克風(fēng)陣列，它專為支持語音的智能電視、條形音箱、機(jī)頂盒和數(shù)字媒體而設(shè)計(jì)。即使在復(fù)雜的聲學(xué)環(huán)境中，也可以從整個(gè)房間準(zhǔn)確捕獲命令，以供基于云的語音識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行處理。
語音識(shí)別和會(huì)話平臺(tái)有望成為十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢之一，語音搜索將占到所有搜索中的50％。從長遠(yuǎn)看，這種轉(zhuǎn)變使人們能夠與周圍的智能連接設(shè)備進(jìn)行交互。隨著人工智能和自然語言處理技術(shù)變得越來越復(fù)雜，即使人們的語音命令中沒有明確的說明，設(shè)備也將能夠理解用戶，然后預(yù)測其意圖。
10. 群體智能（Swarm Intelligence）
群體智能是指各種對(duì)象的集體行為，每個(gè)對(duì)象都執(zhí)行一些簡單的功能，并在這個(gè)過程中與其他對(duì)象進(jìn)行交互。基于這一原則設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)通過對(duì)其所有要素的自我組織操作，以分散的方式管理過程。群體智能類系統(tǒng)的發(fā)展前景與無人駕駛汽車、分布式能源電網(wǎng)、搜救機(jī)器人的應(yīng)用有關(guān)。
11. 無人機(jī)（Warfare Drones）
目前無人機(jī)研究一直專注于提高信息收集能力，使無人機(jī)更加精確。無人機(jī)必須靠自己導(dǎo)航，因此人們特別關(guān)注它們的感知能力。從導(dǎo)航到武器部署，所有無人機(jī)都通過傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建內(nèi)部地圖來運(yùn)行，以允許其算法做出決策，在使用多波長激光從遠(yuǎn)處分析物質(zhì)的傳感器領(lǐng)域取得了廣泛進(jìn)展。這些傳感器專為無人機(jī)而開發(fā)，可以可靠地檢測爆炸物，提供關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。DARPA 開發(fā)的原型無人機(jī)系統(tǒng)使用完全自主的無人機(jī)，可以在飛行中過渡到中等高度的機(jī)翼飛行，該系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)直升機(jī)更大航程的監(jiān)視和打擊能力。
無人機(jī)易于部署，已經(jīng)成為一種新型武器。假設(shè)一支完全不受人控制的自治軍隊(duì)作戰(zhàn)，向全世界發(fā)出了沒有人能改變的加密命令，為了應(yīng)對(duì)這種威脅，反無人機(jī)技術(shù)已經(jīng)多樣化，比如名為猛禽的戰(zhàn)斗機(jī)F-22和干擾技術(shù)，也可能會(huì)出現(xiàn)防御性無人機(jī)，這種無人機(jī)用來狩獵其他無人機(jī)。
12. 人工智能（Artificial Intelligence）
卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一直是深度學(xué)習(xí)的支柱，在計(jì)算機(jī)視覺中，出現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)創(chuàng)新（包括膠囊網(wǎng)絡(luò)和欺騙網(wǎng)絡(luò)），帶來了新的前景和新的挑戰(zhàn)。未來幾十年中，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理和機(jī)器人技術(shù)方面的進(jìn)步和創(chuàng)新將重塑整個(gè)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域。人工智能軟件和硬件基礎(chǔ)設(shè)施的未來發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致無監(jiān)督學(xué)習(xí)和一些初步形式的一般人工智能出現(xiàn)。這就需要超級(jí)智能系統(tǒng)，不僅在專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，而且在廣泛的領(lǐng)域和環(huán)境中能夠自我進(jìn)化和超越人類。
13. 全息圖（Holograms）
全息圖是以激光為光源，用全景照相機(jī)將被攝體記錄在高分辨率的全息膠片上構(gòu)成的圖，以干涉條紋形式存在。全息圖是一種三維圖像，它與傳統(tǒng)的照片有很大的區(qū)別。光學(xué)全息圖是物理學(xué)家丹尼斯?加博在1948年發(fā)明的。從技術(shù)上講，全息圖是波場的三維記錄，全息圖像可以根據(jù)觀看者的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)三維感知和變化，就好像所顯示的物體是真實(shí)存在的一樣。聲全息技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代，是光學(xué)全息技術(shù)的產(chǎn)物，它涉及到重建由于邊界處的聲音輻射而產(chǎn)生的聲場。
最近的研究重點(diǎn)包括3D全息顯示器、聲學(xué)全息、可觸摸全息圖以及全息顯微鏡和打印機(jī)。聲學(xué)全息圖是在3D打印的超材料矩陣的幫助下產(chǎn)生的，以復(fù)雜的方式扭曲單一來源的聲波，將其轉(zhuǎn)化為聲音全息圖，這種技術(shù)既省時(shí)又便宜。最近的進(jìn)展顯示，聲學(xué)全息圖可以顯著改善超聲成像和醫(yī)療選擇。未來的3D全息顯示器可以提高動(dòng)態(tài)影像逼真度，觀眾無需戴任何3D眼鏡或VR式頭枕，通過將柔性超薄薄膜嵌入到整個(gè)設(shè)備表面，智能手機(jī)和日常設(shè)備將能夠彈出3D全息圖，屏幕尺寸無關(guān)緊要。此外，若可觸摸全息圖能真正發(fā)揮作用，我們將看到全息界面與設(shè)備進(jìn)行交互的新方式，并在虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中添加全新的維度。
14. 類人機(jī)器人（Humanoids）
類人機(jī)器人是一種在外形和特征設(shè)計(jì)上與人類相似的機(jī)器。由于類人機(jī)器人被期望盡可能地與人類相似，所以許多項(xiàng)目都專注于直接模仿。靈活性被視為一種特殊類型的運(yùn)動(dòng)問題，近年來取得了一些進(jìn)展，使機(jī)器人的四肢接近人類。類人機(jī)器人在機(jī)器需要完成與人類相同的一般任務(wù)的情況下具有明顯的優(yōu)勢。DARPA組織了一場機(jī)器人大挑戰(zhàn)，以了解類人機(jī)器人在災(zāi)難場景中的表現(xiàn)，測試包括開門、操作水龍頭，甚至接聽電話等。
類人機(jī)器人是一個(gè)長期方向與短期方向截然不同的研究領(lǐng)域。目前，類人動(dòng)物的建造成本較高，而且部署繁瑣。但是，一旦類人機(jī)器人達(dá)到一定的性能水平，大眾接受度就會(huì)發(fā)生根本性的變化。一個(gè)廉價(jià)、可靠、安全、低功耗的類人機(jī)器人將會(huì)迅速成為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人平臺(tái)，成為從軍事到娛樂甚至家庭內(nèi)部的各種應(yīng)用。
15. 神經(jīng)科學(xué)（Neuroscience）
神經(jīng)科學(xué)仍然局限于基礎(chǔ)研究，研究的最終目的是找出創(chuàng)造力和想象力是如何工作的。早期試圖找到一種來衡量、預(yù)測和系統(tǒng)地影響想象力的方法，想象力被視為創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)，是人類進(jìn)步的核心。富有創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使人們不僅能夠進(jìn)行感知，而且能夠預(yù)測并系統(tǒng)地影響想象力。
想象研究所（賓夕法尼亞大學(xué)積極心理學(xué)中心的非營利機(jī)構(gòu)）的神經(jīng)科學(xué)家和心理學(xué)家通過量化一個(gè)人的想象力，提供了一種替代傳統(tǒng)的以智商為導(dǎo)向的標(biāo)準(zhǔn)化測試方法。更長遠(yuǎn)的期望是，創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使我們不僅能夠測量，而且能夠預(yù)測和影響想象能力。
16. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（Precision Farming）
精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)依靠GPS、衛(wèi)星圖像、控制系統(tǒng)、傳感器、機(jī)器人、變速技術(shù)、遠(yuǎn)程信息技術(shù)、軟件等現(xiàn)有的最新信息和技術(shù)，在作物生長周期中（土壤整備、播種和收割）改善作物。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，通過傳感器和農(nóng)場管理軟件/硬件在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施上檢測和遠(yuǎn)程控制。例如，農(nóng)民現(xiàn)在可以使用一個(gè)基于云的無人駕駛拖拉機(jī)平臺(tái)，該平臺(tái)與拖拉機(jī)自動(dòng)化套件整合，成為即插即用系統(tǒng)，可以自動(dòng)操控谷物手推車拖拉機(jī)，并在收獲季節(jié)為農(nóng)民提供幫助。該系統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)操作員在田間設(shè)置分段和卸載位置，調(diào)整速度，監(jiān)控位置，并命令谷物運(yùn)輸車與聯(lián)合收割機(jī)的速度和方向精確同步。
未來的農(nóng)場可能不再需要人力種莊稼，自主機(jī)器人已經(jīng)被用來執(zhí)行播種、撫育農(nóng)作物和收割之類的任務(wù)。這些機(jī)器人不受人為錯(cuò)誤的影響，能夠適應(yīng)現(xiàn)場條件，從而最大限度地提高產(chǎn)量，大幅減少時(shí)間并提高效率。
17. 柔性機(jī)器人（Soft Robot）
柔性機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)子領(lǐng)域，用模仿生物體的材料建造機(jī)器。柔性機(jī)器人在其他方面與生物相似，突出在運(yùn)動(dòng)和適應(yīng)環(huán)境變化的物理結(jié)構(gòu)的能力。機(jī)器人被稱為“柔性”，與那些剛性材料制造的機(jī)器人相比更突出它們的靈活性和適應(yīng)性。已有研究小組開發(fā)出了一種柔軟的機(jī)器人，它的執(zhí)行器類似肌肉，由硅橡膠制成，由氣壓驅(qū)動(dòng)。科學(xué)家們已開發(fā)出一種自動(dòng)設(shè)計(jì)軟執(zhí)行器的方法，他們用硅橡膠材料來設(shè)計(jì)一個(gè)柔軟的機(jī)器人，在單一壓力源的驅(qū)動(dòng)下，可以像食指一樣彎曲，像拇指一樣扭動(dòng)。
長期來看，在醫(yī)療和個(gè)人機(jī)器人技術(shù)中，柔性機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)與人類之間的安全且兼容的交互。在較小的規(guī)模上，微型柔性機(jī)器人有望在藥物輸送和手術(shù)等醫(yī)療應(yīng)用中提供幫助。對(duì)于野外勘探和救災(zāi)，柔性機(jī)器人可以在復(fù)雜地形中導(dǎo)航并穿透狹窄空間。柔性機(jī)器人將進(jìn)一步幫助食品處理和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，降低成本。
18. 非接觸手勢識(shí)別（Touchless Gesture Recognition）
非接觸式手勢識(shí)別構(gòu)成了一個(gè)自然用戶界面，極大地改變了人類與日常技術(shù)互動(dòng)的方式。從手勢的識(shí)別和解析中可以收集到大量速度、動(dòng)作、情緒反應(yīng)方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化為對(duì)使用者的精準(zhǔn)理解。
超聲波手勢感知的基本原理類似于蝙蝠和海豚使用的回聲定位系統(tǒng)。聲納系統(tǒng)發(fā)出超聲波，這是一種無法聽到的信號(hào)，這些信號(hào)通過用戶的手、頭或身體反射，隨后被麥克風(fēng)捕獲，并由時(shí)間-燈光算法編譯。最新的超聲波技術(shù)采用聲學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，例如現(xiàn)有智能手機(jī)中的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，或包含壓電換能器的特殊用途超聲收發(fā)器。
非接觸式手勢識(shí)別構(gòu)成了一個(gè)自然用戶界面(NUI)，改變了我們與日常技術(shù)的交互方式，它所需要的只是我們自然移動(dòng)和懸停的手和手指向附近的設(shè)備發(fā)出命令，如電話、計(jì)算機(jī)、可穿戴設(shè)備、游戲和VR控制臺(tái)、娛樂系統(tǒng)、機(jī)器人和家用電器。非接觸界面也可以增強(qiáng)專業(yè)設(shè)備，如醫(yī)療或軍事設(shè)備。它還將徹底改變依賴深度消費(fèi)者參與的領(lǐng)域，如媒體、通信、零售、娛樂。
19. 飛行汽車（Flying Car）
隨著汽車擁有量的增多，交通擁堵成為世界難題。因此，研發(fā)一輛小型、安全、低沖擊的個(gè)人飛行汽車一直是人們的夢(mèng)想。如今，傳感器、電力存儲(chǔ)、電機(jī)和人工智能的迅速發(fā)展使飛行車接近現(xiàn)實(shí)。因此，智慧城市正在準(zhǔn)備部署個(gè)人自動(dòng)駕駛交通工具，希望能解決交通問題。
由于目前大多數(shù)運(yùn)輸方式都集中在短程和中程運(yùn)輸，因此城市將成為飛行汽車類產(chǎn)品的主要目標(biāo)。如果飛行汽車可以成功使用，那么它們將開始影響城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。長遠(yuǎn)看，整個(gè)城市可能會(huì)基于飛行車普遍使用的場景進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整。
二、人機(jī)交互和仿生（Human - Machine Interaction & Biomimetics）
20. 神經(jīng)形態(tài)芯片（Neuromorphic Chip）
神經(jīng)形態(tài)技術(shù)將是高性能計(jì)算的下一個(gè)發(fā)展階段，它能夠大幅提升數(shù)據(jù)處理能力和機(jī)器學(xué)習(xí)能力。神經(jīng)形態(tài)芯片是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理蝕刻到硅中，其能效可達(dá)傳統(tǒng)中央處理器的數(shù)百倍。神經(jīng)形態(tài)芯片非常節(jié)能，適用于移動(dòng)設(shè)備、車輛和工業(yè)設(shè)備。
2018年英特爾宣布了一種神經(jīng)形態(tài)芯片，應(yīng)用該芯片的設(shè)備可以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攝像頭捕捉到的圖片中的物體，這為該領(lǐng)域整合了許多新特征，如層次連接、樹突狀隔間、突觸延遲，以及最重要的可編程突觸學(xué)習(xí)規(guī)則。
神經(jīng)形態(tài)芯片的發(fā)展可以促進(jìn)人工智能系統(tǒng)的發(fā)展，這些系統(tǒng)具有特定的用途，如物體識(shí)別、語音和手勢識(shí)別、情感分析、健康分析和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。通過合理的功耗控制，它們可以成為從玩具到仿人機(jī)器人等多樣化交互設(shè)備的關(guān)鍵組件。
21. 仿生學(xué)（醫(yī)學(xué)）（Bionics）
“仿生學(xué)”通常用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用來描述用機(jī)械代替或增強(qiáng)各種身體部位。人造、仿生器官和四肢不同于普通假肢，它們的設(shè)計(jì)盡可能接近被替換身體部分的原始功能。
目前該技術(shù)在外骨骼、上肢、內(nèi)部器官均有運(yùn)用，主要設(shè)計(jì)用于幫助受傷患者。如仿生外骨骼可以增強(qiáng)人類的自然運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓使用者跑得更容易/更快。
未來仿生學(xué)的目標(biāo)是“將有機(jī)體與機(jī)器融合”。這種方法將產(chǎn)生生物和機(jī)械部件融合為“機(jī)器人”的混合系統(tǒng)。仿生器官將增強(qiáng)生物功能，使人們更快地奔跑、看得更遠(yuǎn)、聽力更好、壽命更長，甚至可以更好地思考。
22. 腦功能映射（Brain Functional Mapping）
大腦不僅擁有數(shù)量驚人的神經(jīng)元和連接，而且它是非同質(zhì)的，估計(jì)有500個(gè)不同的部分，通過非常密集的網(wǎng)絡(luò)連接在一起。腦功能映射技術(shù)正在迅速發(fā)展，為治療神經(jīng)疾病、理解認(rèn)知和在人工環(huán)境中復(fù)制認(rèn)知奠定了基礎(chǔ)。
神經(jīng)元之間的通訊是基于神經(jīng)元間的電活動(dòng)。目前為了更好地繪制這些通信路徑，科學(xué)家們正在開發(fā)可記錄的電極，可以在各種條件下記錄這種電活動(dòng)，用計(jì)算機(jī)來解讀收集到的信息。
長遠(yuǎn)看，深入了解大腦在生理和病理情況下的功能將為確定疾病原因、治療干預(yù)和預(yù)防策略提供重要信息。此外，大腦解碼的進(jìn)步有力地支持了腦機(jī)接口和大腦仿真技術(shù)的發(fā)展。
23. 腦機(jī)接口（Brain Machine Interface）
腦機(jī)接口是大腦與外部設(shè)備之間的直接通信途徑，它既可以從大腦中收集信息，又可以將信息輸入大腦，使其能夠與環(huán)境互動(dòng)。增強(qiáng)和更復(fù)雜的是“雙向”腦機(jī)接口，它記錄大腦活動(dòng)并將刺激傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)。腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究目標(biāo)之一是通過人機(jī)共生來提高執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)（例如駕駛戰(zhàn)斗機(jī)）的效率。腦信號(hào)刺激的研究進(jìn)展可能會(huì)開啟腦與腦交流的新時(shí)代。中期來看，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜思想的交換尚無可能，但腦與腦的交流可以使人們不斷地分享情感、情緒和思想狀態(tài)。
24. 情緒識(shí)別（Emotion Recognition）
情緒識(shí)別（Emotion Recognition）一直以來都是通過對(duì)人臉圖像（或視頻）應(yīng)用先進(jìn)的圖像處理算法來檢測情緒。情緒識(shí)別的主要方向仍然是“閱讀”面部表情。有研究人員開發(fā)出一種運(yùn)用AI算法的芯片，能通過實(shí)時(shí)分析人臉圖像識(shí)別八種情緒。情感分析也是繼面部表情之后的一種新的技術(shù)突破，將機(jī)器人學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于書面文本可以檢測我們表達(dá)的積極或消極態(tài)度等。目前，智能手機(jī)可以告訴你你的感受，并提供相應(yīng)的內(nèi)容、通信或應(yīng)用程序建議。智能設(shè)備是我們當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)，但“共情設(shè)備”可能是未來。
情緒識(shí)別可以完全改變營銷人員設(shè)計(jì)廣告的方式，無需依靠個(gè)人的直覺或主觀想法，針對(duì)不同的目標(biāo)群體對(duì)每個(gè)想法進(jìn)行科學(xué)而嚴(yán)格的測試。情緒識(shí)別通過捕獲微表情并檢測出細(xì)微的情緒變化有益于執(zhí)法部門執(zhí)法。在醫(yī)療保健中，它可以用于幫助監(jiān)視和診斷情緒障礙疾病患者。
25. 智能紋身（Smart Tattoos）
智能紋身也被稱為紙皮膚、電子皮膚或電子紋身，它由可穿戴的表皮皮膚電極組成，能夠?qū)崟r(shí)感知各種環(huán)境刺激（壓力、觸摸或接近)和生理數(shù)據(jù)(心率、呼吸、血液酒精和氧氣含量、肌肉活動(dòng)、情緒）。它代表了一個(gè)一體化的感應(yīng)平臺(tái)，將為無法獲得醫(yī)療服務(wù)地區(qū)的患者提供交互式遠(yuǎn)程醫(yī)療和治療系統(tǒng)的支持。未來，柔性有機(jī)光學(xué)傳感器可以直接層壓在器官上，以監(jiān)測手術(shù)期間和手術(shù)后的血氧水平。智能紋身還將幫助中風(fēng)或腦損傷康復(fù)的患者改善肌肉控制或截肢者移動(dòng)假肢。
26. 人工突觸/大腦（Artificial Synapse/Brain）
法國國家科學(xué)研究中心研究人員設(shè)計(jì)了一種所謂的“記憶電阻器”，一種直接在計(jì)算機(jī)芯片上實(shí)現(xiàn)的人工突觸（Artificial Synapse）。這種突觸能夠自主學(xué)習(xí)，還能夠?qū)υ撈骷M(jìn)行建模，這對(duì)于開發(fā)更復(fù)雜的電路至關(guān)重要。未來，這些技術(shù)將成為設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)器的一個(gè)重要組成部分。在模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的情況下尤其如此，要利用大腦的力量或模仿大腦的結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步探索研究。模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提升效率，對(duì)于具有大量連接的超級(jí)計(jì)算機(jī)而言，將會(huì)獲得更強(qiáng)大的計(jì)算能力。
三、電子與計(jì)算機(jī)（Electronics & Computing）
27. 柔性電子（Flexible Electronics）
柔性電子是可彎曲或可伸縮的電子電路，晶體管、顯示器、電池、傳感器等組件具有這些特性。靈活性不僅可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而且還可以實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備、電子紋身或基于電子電路直接3D打印的潛在低成本解決方案。核心技術(shù)是薄膜電子學(xué)，柔性電子器件被應(yīng)用于顯示器制造、傳感器、能量儲(chǔ)能/轉(zhuǎn)換、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測、人機(jī)交互等領(lǐng)域。
研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種靈活的壓力傳感器，即使雙彎也能保持精確。醫(yī)療和生物工程應(yīng)用將受益于真正靈活/可伸展的傳感器，這將徹底改變大腦植入物。能讓我們的大腦和電腦之間實(shí)現(xiàn)無縫的交流。
柔性電子是動(dòng)態(tài)的，有多種應(yīng)用場景。研究人員認(rèn)為該技術(shù)將帶給人們智能織物、可拉伸的屏幕、可彎曲的智能手機(jī)、可以拉伸到更大尺寸的超薄平板電腦、可佩戴在手腕上的健康傳感器，或者將壁紙墻變成巨大的屏幕。
28. 納米發(fā)光二極管（Nano - LEDs）
發(fā)光二極管(LED)是一種雙引線半導(dǎo)體光源器件，具有將電轉(zhuǎn)換為光的能力，與傳統(tǒng)的鎢絲燈泡相比，LED燈的主要特點(diǎn)是不產(chǎn)生熱量。此外，LED只需要普通燈泡點(diǎn)亮所需能量的一小部分，而不含有毒金屬(例如汞，用于熒光燈燈泡)。
LED顯示器通過液晶顯示器作為像素來顯示圖像。基于納米棒的多功能LED既能發(fā)光又能探測光，且比標(biāo)準(zhǔn)LED的刷新速度快三倍。以納米棒為基礎(chǔ)的發(fā)光二極管可以對(duì)激光筆做出反應(yīng)。
納米半導(dǎo)體在生物學(xué)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)以及照明等領(lǐng)域應(yīng)用。納米LED使用少量的能量可以產(chǎn)生更寬的光波長范圍，為顯示器提供更溫暖、更鮮艷的色彩。從長遠(yuǎn)來看，既能發(fā)光又能檢測光的新型LED陣列可以幫助用戶通過非接觸式手勢控制智能設(shè)備，并使用環(huán)境光為這些設(shè)備充電。
29. 碳納米管（Carbon Nanotubes）
碳納米管是一種直徑為納米級(jí)的碳基管狀材料。這些管狀碳分子的特殊性使其在納米技術(shù)、電子、光學(xué)和其他材料科學(xué)中具有價(jià)值。
硅一直是這些領(lǐng)域的首選材料，但它的主導(dǎo)地位在未來可能會(huì)受到新化合物的挑戰(zhàn)，許多研究人員已經(jīng)將這種希望寄托在碳納米管上。除了用于筆記本電腦和智能手機(jī)更快、更高效的芯片外，纖巧但功能強(qiáng)大的處理器還可以支持新型技術(shù)，比如可彎曲的電腦和可注射的微芯片，或者可以針對(duì)人體癌癥的納米機(jī)器等。
30. 計(jì)算內(nèi)存（Computing Memory）
“內(nèi)存計(jì)算（Memory Computing）”或“計(jì)算內(nèi)存（Computing Memory）”是一個(gè)新的概念，它利用存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性來存儲(chǔ)和處理信息。這與當(dāng)前馮諾依曼系統(tǒng)和設(shè)備中發(fā)生的情況不同，例如標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦甚至手機(jī)，它們?cè)趦?nèi)存和計(jì)算單元之間來回穿梭數(shù)據(jù)，從而使它們變得更慢，能效更低。
目前IBM的科學(xué)家演示了“一種無監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它運(yùn)行在一百萬個(gè)相變存儲(chǔ)器(PCM)設(shè)備上，成功地在未知數(shù)據(jù)流中發(fā)現(xiàn)了時(shí)間相關(guān)性。與最先進(jìn)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)相比，這種技術(shù)有望在速度和能源效率方面提高200倍。
內(nèi)存驅(qū)動(dòng)計(jì)算是無限靈活且可擴(kuò)展的架構(gòu)，可以比傳統(tǒng)系統(tǒng)消耗更少的能量來更快地完成計(jì)算任務(wù)。隨著數(shù)據(jù)量的飛速增長，其重要性不斷提高，將為大型可組合基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理提供解決方案。
31. 石墨烯晶體管（Graphene Transistors）
石墨烯被稱為新的納米材料，導(dǎo)電性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定，是世界上最堅(jiān)固的材料。它由碳原子組成，這些碳原子被密集地堆積在二維六邊形的圖案中。基于石墨烯晶體管的電路可以解決硅晶體管的處理速度限制。它們將使用微處理器的時(shí)鐘速度提高了數(shù)千倍，同時(shí)需要的功率是硅基計(jì)算機(jī)的百分之一。
石墨烯晶體管和芯片使計(jì)算機(jī)變得更小、更快。這些多用途的材料為超薄配件和智能生物醫(yī)學(xué)傳感器等技術(shù)帶來了廣闊前景。
32. 高精度時(shí)鐘（High - precision Clock）
在許多應(yīng)用場景中，時(shí)間的要求精度較高，如4D-成像需要高精度的時(shí)鐘，以提供亞原子區(qū)域的結(jié)構(gòu)圖像。光學(xué)時(shí)鐘或原子鐘有望在時(shí)間測量和標(biāo)準(zhǔn)化方面提供更高的精度。這使其適用于多種應(yīng)用場景，并且可節(jié)省大量能源。量子邏輯時(shí)鐘具有廣闊的前景，而新的原子鐘將需要突破更多的基礎(chǔ)研究。
33. 納米線（Nanowires）
納米線的尺寸以納米為單位。它們也可以被描述為寬度在幾十納米或更小、長度沒有限制的納米結(jié)構(gòu)。納米線的可重復(fù)性和可調(diào)節(jié)性以及表面特性為納米醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的方法。由于制造它們的材料種類繁多以及它們所顯示的迷人特性，納米線最近成為納米電子學(xué)、光電子學(xué)以及分子尺度的化學(xué)和生物傳感的重要基石。納米線可以與微通道集成，提供從宏觀到納米的路徑，使研究人員能夠檢測和分析目標(biāo)分子，如DNA、RNA和蛋白質(zhì)。納米線的直徑非常小，可用于探針尖端。此外，基于納米線可以制造出一種柔性納米電子支架，該支架有望創(chuàng)造出可檢測化學(xué)和電學(xué)變化的傳感皮膚。納米線也可能對(duì)建筑和汽車行業(yè)產(chǎn)生重大影響。
34. 光電子學(xué)（Optoelectronics）
光電子學(xué)是光子學(xué)的一個(gè)分支，致力于把電子學(xué)和光結(jié)合起來傳輸數(shù)據(jù)。光電子學(xué)的進(jìn)一步研究將為開發(fā)許多不同的光電子器件開辟道路。5D光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)過程包括改變?nèi)廴谑⒌墓鈱W(xué)特性，使用超快（飛秒）激光寫入技術(shù)創(chuàng)建3D納米級(jí)信息記錄。這些記錄（“納米光柵”）由三層納米點(diǎn)組成，每個(gè)點(diǎn)存儲(chǔ)一位信息。存儲(chǔ)支架是一個(gè)經(jīng)過改進(jìn)的玻璃盤，對(duì)氣候條件更持久，化學(xué)穩(wěn)定性更好。額外的容量允許存儲(chǔ)多達(dá)360TB的數(shù)據(jù)，大約是50Gb藍(lán)光光盤容量的7000倍，熱穩(wěn)定性高達(dá)1000°C，并且在室溫下的壽命幾乎是無限的。5D數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將很快成為擁有大量歷史檔案的機(jī)構(gòu)的寶貴資產(chǎn)，并有望在未來五年內(nèi)被行業(yè)合作伙伴商業(yè)化。預(yù)計(jì)目前主要用于高端軍事裝備的光量子芯片將在幾年內(nèi)應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心。集成光量子研究的進(jìn)展會(huì)革新光量子技術(shù)，同時(shí)保持與現(xiàn)有半導(dǎo)體芯片技術(shù)的兼容性。
35. 量子計(jì)算機(jī)（Quantum Computers）
量子計(jì)算機(jī)(QC)基于量子位元（稱為量子位元）工作，量子位元可以表示為0、1或由量子力學(xué)調(diào)節(jié)的這兩個(gè)態(tài)的任何量子疊加態(tài)。盡管有多家公司聲稱生產(chǎn)量子計(jì)算機(jī)和量子編譯器，但目前的技術(shù)沒有為量子計(jì)算機(jī)的制造提供成熟的解決方案，而第一個(gè)原型機(jī)只能在特定問題上操作。
目前，研究工作致力于解決特定問題的量子硬件的創(chuàng)建。盡管如此，要實(shí)現(xiàn)能夠運(yùn)行所有現(xiàn)有代碼的通用量子計(jì)算機(jī)，仍需要進(jìn)行更多的研究。為了使量子計(jì)算機(jī)更加有效、穩(wěn)定和便宜，必須進(jìn)行大量的研究工作，并解決與量子相干和低溫工作有關(guān)的問題。
36. 量子密碼學(xué)（Quantum Cryptography）
無論服務(wù)于個(gè)人通信、電子商務(wù)或網(wǎng)上銀行交易，通過互聯(lián)網(wǎng)交換的機(jī)密信息都必須受到保護(hù)，防止通過加密、使用稱為密鑰的數(shù)字密碼進(jìn)行黑客攻擊。量子密鑰分配位于量子密碼學(xué)的核心，它使用量子粒子（電子、光子）安全地建立雙方之間的共享密鑰。量子密鑰分配系統(tǒng)利用了量子力學(xué)中的一個(gè)基本原理：觀察量子粒子會(huì)自動(dòng)改變其特性。因此，總是有可能檢測量子粒子是否已經(jīng)被觀察到，表明安全漏洞。如果發(fā)生這種情況，密鑰將被丟棄，另一個(gè)密鑰將被發(fā)送，直到雙方確定沒有其他人觀察到密鑰為止。
2017年9月，科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)技術(shù)里程碑，他們演示了在北京和維也納之間舉行的世界上第一次使用量子加密的洲際視頻會(huì)議。由于技術(shù)原因，此前量子通信僅限于幾百公里，但2016年發(fā)射的中國衛(wèi)星“墨子”號(hào)打破了這個(gè)限制。上海和與其相距2000公里以外的區(qū)域之間都配備了光纖通信設(shè)備，與地面500公里以上的軌道進(jìn)行通信，這項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施是世界上第一個(gè)天地量子網(wǎng)絡(luò)。中國量子技術(shù)處于全球領(lǐng)先，目標(biāo)在2030年建立全球量子網(wǎng)絡(luò)。未來盡管對(duì)量子技術(shù)的應(yīng)用仍然受到限制，但量子密鑰很可能會(huì)用于保護(hù)極其敏感和關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。
37. 自旋電子學(xué)（Spintronics）
自旋電子學(xué)是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，研究電子自旋對(duì)導(dǎo)電的影響。傳統(tǒng)的電子設(shè)備基于在電路周圍分流電子，自旋電流是電流的自旋電子學(xué)等效物，與電流不同的是，自旋可以在靜止電子之間轉(zhuǎn)移，它們可以在沒有實(shí)際移動(dòng)的電子的情況下流動(dòng)，自旋電子學(xué)包括“研究電子（更一般地說是核）自旋在固態(tài)物理中所起的作用”。
電子自旋可用于電、光、聲音、震動(dòng)和熱的能量之間的轉(zhuǎn)換。這種在不同能量形式之間切換的能力可以適用于各種各樣的設(shè)備，自旋電子學(xué)的一個(gè)潛在應(yīng)用是允許聲音向一個(gè)方向流動(dòng)而不是相反方向流動(dòng)的音頻設(shè)備。
四、生物交叉學(xué)科（Biohybrids）
38. 生物降解的傳感器（Biodegradable Sensors）
生物降解電子器件是一種壽命有限的電子元件，可通過水解或生化發(fā)生反應(yīng)。這種裝置可作為醫(yī)療植入物，用于臨時(shí)體內(nèi)傳感、藥物輸送、組織工程、微流體等，通過生物或化學(xué)過程自然降解的材料通常用于食品和藥品包裝。可降解電子產(chǎn)品可以使設(shè)備更智能，例如溫度或化學(xué)監(jiān)測。
目前，電子產(chǎn)品的預(yù)期壽命可能只有幾個(gè)月，廢棄電子產(chǎn)品對(duì)生態(tài)產(chǎn)生的影響令人擔(dān)憂，使用生物降解或有機(jī)電子材料可以解決該問題。這種材料為可完全生物降解、生物相容性/生物可代謝性的電子產(chǎn)品開辟道路，這些設(shè)備可能會(huì)在其生命周期結(jié)束時(shí)溶解，一方面這將抑制電子垃圾的產(chǎn)生，另一方面使醫(yī)療植入物的開發(fā)成為可能。
39. 芯片實(shí)驗(yàn)室（Lab-On-A-Chip）
芯片實(shí)驗(yàn)室將化學(xué)分析等實(shí)驗(yàn)室功能集成在一個(gè)微小尺寸的設(shè)備中。快速膿毒癥檢測目前是芯片實(shí)驗(yàn)室一個(gè)非常重要的應(yīng)用。由于診斷不及時(shí)會(huì)導(dǎo)致患者得膿毒癥，每一分鐘對(duì)抗生素治療都很重要。目前正在開發(fā)芯片實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)分析患者血液樣本，以檢測可能導(dǎo)致膿毒癥的微生物，并減少抗生素的不當(dāng)使用。芯片實(shí)驗(yàn)室技術(shù)有望通過更好、更快速的診斷改善醫(yī)療水平，特別是在醫(yī)療基礎(chǔ)設(shè)施落后的地區(qū)。同時(shí)，該技術(shù)可以使患者在監(jiān)測自身健康方面發(fā)揮更積極的作用。
40. 分子識(shí)別（Molecular Recognition）
分子識(shí)別可以看作是對(duì)分子間相互作用的研究。從醫(yī)學(xué)角度來看，分子識(shí)別決定了一個(gè)化合物是否具有臨床性質(zhì)。基于分子識(shí)別的生物傳感應(yīng)用的納米材料對(duì)臨床條件特別重要，其中識(shí)別成分可以是酶、DNA、RNA、催化抗體、適體和標(biāo)記的生物分子。
目前分子識(shí)別技術(shù)在便攜式設(shè)備診斷、電反應(yīng)診斷、藥物篩查方面都有不同程度的運(yùn)用。從長期看，分子識(shí)別是構(gòu)建生命過程的基石之一。作為一個(gè)發(fā)展中的領(lǐng)域，它將革新醫(yī)學(xué)。
41. 生物電子學(xué)（Bioelectronics）
生物電子學(xué)是利用生物材料或生物體系結(jié)構(gòu)來設(shè)計(jì)和制造信息處理機(jī)械和相關(guān)設(shè)備的技術(shù)。這一領(lǐng)域利用生物燃料電池、仿生學(xué)和用于信息處理、信息存儲(chǔ)、電子元件和執(zhí)行器的生物材料。該研究領(lǐng)域的重要方向是生物材料和小型電子設(shè)備之間的互補(bǔ)性和相互作用。
研究人員開發(fā)受生物啟發(fā)的材料和硬件架構(gòu)，以用于新型傳感器、執(zhí)行器和信息處理系統(tǒng)。該領(lǐng)域的其他用途包括原子尺度的分子制造、生物器官與電子設(shè)備之間更好的連接，這可能推動(dòng)人類在假肢、人機(jī)集成、仿生學(xué)等領(lǐng)域的進(jìn)展。也將為健康建模、監(jiān)測和細(xì)胞發(fā)育研究開辟新的前景。
合成DNA作為一種存儲(chǔ)介質(zhì)，比大多數(shù)當(dāng)代尖端替代品要緊湊數(shù)百萬倍。另一方面，活體存儲(chǔ)系統(tǒng)不僅可以用來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還可以用來記錄人類細(xì)胞、組織或工程器官中的事件和過程。
42. 生物信息學(xué)（Bioinformatics）
生物信息學(xué)是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，它結(jié)合了生物學(xué)、數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)學(xué)科的方法、技術(shù)和數(shù)據(jù)。它的目標(biāo)是開發(fā)新的工具來繪制和分析生物有機(jī)體的數(shù)據(jù)。生物信息學(xué)的用途包括識(shí)別候選基因和核苷酸，目的是更好地了解疾病的遺傳基礎(chǔ)、獨(dú)特的適應(yīng)性、理想的特性，或種群之間的差異。
目前生物信息學(xué)的主要進(jìn)展在生物雜交領(lǐng)域，生物雜交通常指人工成分和至少一個(gè)生物成分的組合。這類技術(shù)可以應(yīng)用于從健康到納米技術(shù)、機(jī)器人甚至消費(fèi)品（如新鮮農(nóng)產(chǎn)品）等大量領(lǐng)域。生物雜交技術(shù)也將在未來的機(jī)器人中得到應(yīng)用，它使得機(jī)器人動(dòng)作更加精確，這將使機(jī)器人能夠得到廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，通過將該技術(shù)與生物學(xué)相結(jié)合，可以復(fù)制組織或器官，從而幫助人們更好地了解人類生理學(xué)或設(shè)計(jì)新藥物及藥物遞送方法。
43. 植物通訊（Plant Communication）
植物通訊是指植物和其他生物之間的交流，不管是同一種還是不同類型的植物、土壤和昆蟲，還是更復(fù)雜的生物。目前有研究團(tuán)隊(duì)正在探索將植物作為傳感器的方法。對(duì)植物通訊的深入研究可能會(huì)有潛在的應(yīng)用前景。
五、生物醫(yī)學(xué)（Biomedicine）
44. 基因編輯（Gene editing）
基因編輯也被稱為“基因組工程”，它是DNA被插入、刪除、修改或替換到生物體的基因組中的工具。通常的編輯方法是通過工程核酸酶（分子剪刀）在基因組中的靶點(diǎn)產(chǎn)生斷裂雙鏈。這些斷裂雙鏈通過非同源端接口或同源重組進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果是靶向突變。
目前基因編輯在基因工程領(lǐng)域產(chǎn)生了一場革命，雖然以細(xì)菌為基礎(chǔ)，但它幾乎適用于所有活細(xì)胞和生物體，它為防治艾滋病、癌癥和遺傳性疾病提供了新的可能性，也為育種植物和動(dòng)物提供了新的可能性。
基因編輯將進(jìn)入許多不同的應(yīng)用領(lǐng)域，其中大多數(shù)前景仍然無法預(yù)想。在構(gòu)想新用途時(shí)需要很多創(chuàng)造力，并且需要考慮很多道德和法規(guī)問題。
45. 基因治療（Gene Therapy）
基因治療的重點(diǎn)是基因突變，基因突變使其產(chǎn)生異常蛋白質(zhì)。除了變異，基因治療的基本原理是，缺陷基因被治療基因（也稱為功能基因）取代或滅活，這種基因通過病毒或“裸DNA”進(jìn)入人體。
基因治療成為可行的技術(shù)能力正在擴(kuò)大，但基因治療的成熟度和大規(guī)模采用的復(fù)雜性仍待觀察，此外政策和各種倫理困境的解決也很重要。
46. 抗生素藥敏試驗(yàn)（Antibiotic Susceptibility Testing）
抗生素耐藥性是全球人類健康面臨的最嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)之一，這就意味著要面對(duì)多方面挑戰(zhàn)，包括：感染預(yù)防、新抗生素的開發(fā)以及對(duì)抗感染的替代方法、限制過度使用和確保有效性治療。在未來，一旦確定了感染的原因，醫(yī)生將可以在現(xiàn)場決定是否采用適當(dāng)?shù)目股刂委煟约澳姆N抗生素最有效。
47. 生物打印（Bioprinting）
生物打印是3D打印的一種特殊應(yīng)用，它使用聚合物或基因工程的生物材料生產(chǎn)組織和器官，其中一些組織和器官可植入人體。生物打印的優(yōu)點(diǎn)是材料的個(gè)體適應(yīng)性較好并且具有較少的副作用，包括植入物排斥反應(yīng)。
目前一種3D打印系統(tǒng)已經(jīng)被提出，它可以將活細(xì)胞打印成人體尺度的骨骼、肌肉和耳朵組織。由于這樣打印出來的物品使用了聚己內(nèi)酯的生物相容性合成聚合物，所以其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
未來，首批3D打印的人體器官將無排斥地移植，既滿足了等待器官患者的巨大需求，也滿足了那些想替換其有故障器官患者的巨大需求。從長遠(yuǎn)來看，“人體芯片”模型可能會(huì)生成用于植入的各種類型組織，以利用患者自身體內(nèi)的細(xì)胞修復(fù)受損的器官。
48. 基因表達(dá)的控制（Control of Gene expression）
基因表達(dá)是一個(gè)基因的核苷酸序列被用來指導(dǎo)蛋白質(zhì)合成和產(chǎn)生各種細(xì)胞結(jié)構(gòu)的過程。通過了解如何控制基因表達(dá)，科學(xué)家們希望破解每個(gè)基因在人類和動(dòng)物發(fā)育中的作用。
早期研究通過發(fā)現(xiàn)胎兒對(duì)疾病的易感性，并以某種方式操縱細(xì)胞，使未來的有機(jī)體組織健康，以推動(dòng)輔助生殖和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進(jìn)步。
基因組的不穩(wěn)定性和基因改變對(duì)疾病的發(fā)展有推動(dòng)作用，加速與年齡有關(guān)的病理，并促進(jìn)組織變性和器官衰竭。通過研究人體對(duì)基因表達(dá)的控制，可以預(yù)見人的衰老程度和速度。在胚胎發(fā)育和多功能干細(xì)胞生物學(xué)階段控制基因表達(dá)可能會(huì)徹底改變輔助生殖和再生醫(yī)學(xué)。
49. 藥物輸送（Drug Delivery）
藥物輸送是指給人或動(dòng)物施用治療劑或藥物復(fù)合物，以達(dá)到治療效果的一種治療方法。藥物傳遞技術(shù)的進(jìn)步通常是為了提高藥物的功效和吸收程度，同時(shí)減少其副作用。納米材料和新材料正在徹底改變這個(gè)領(lǐng)域。
提升藥物輸送能力將導(dǎo)致藥物更快達(dá)到其目標(biāo)，副作用會(huì)越來越少，并在必要時(shí)停用或重新激活。通過把藥物嵌入正確類型的設(shè)備中，它們還將為患者和治療師提供信息。這樣的治療方案通過減少患者在醫(yī)院花費(fèi)的時(shí)間，從而大大降低了治療成本。
50. 表觀遺傳技術(shù)（Epigenetic Change Technologies）
表觀遺傳技術(shù)指的是基因功能的可遺傳變化，而這些改變并不需要DNA序列的改變。盡管實(shí)驗(yàn)表明一些表觀遺傳變化是可逆的，但“表觀遺傳”一詞已經(jīng)包括在不改變DNA序列的情況下改變基因活性的過程，并導(dǎo)致可傳遞給子細(xì)胞的修飾。
目前有一些證據(jù)表明，許多疾病和各種健康指標(biāo)都與表觀遺傳機(jī)制有關(guān)，包括多種癌癥、認(rèn)知功能障礙、呼吸系統(tǒng)、心血管、生殖、自身免疫和神經(jīng)行為疾病。
充分了解表觀遺傳機(jī)制將有助于開發(fā)新的診斷方法、生物標(biāo)志物和治療方法。從長遠(yuǎn)來看，表觀遺傳技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生不可改變的、持久的影響。它會(huì)影響人類的生活方式和食品、農(nóng)業(yè)等其他領(lǐng)域，特別是對(duì)健康的影響最大。
51. 基因疫苗（Genomic Vaccines）
基因疫苗是由DNA或RNA合成的非蛋白疫苗，可促進(jìn)人體免疫力提升，預(yù)防傳染性疾病擴(kuò)散。它是在基因治療(genetic therapy)技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。
DNA疫苗的前景非常穩(wěn)定，便于大量生產(chǎn)且易于運(yùn)輸。當(dāng)基因組疫苗成為常態(tài)時(shí)，由于持續(xù)時(shí)間長，涵蓋了廣泛的病原體，并且很容易適應(yīng)后者的突變新形式，因此需要的免疫次數(shù)更少。
52. 微生物組（Microbiome）
微生物無處不在，它們形成的微生物群對(duì)人類健康既有好處也有壞處。受早年接觸微生物和飲食等因素的影響，人與人之間的微生物組構(gòu)成有很大的差異。此外人體的不同部位有不同的微生物群。雖然已經(jīng)知道腸道細(xì)菌的組成對(duì)某些基因的活性有影響，但這究竟是如何發(fā)生的仍有待證實(shí)。一項(xiàng)新的研究揭示了一種潛在的方法，即“好的”腸道細(xì)菌可以控制人類的基因活性，并可能有助于預(yù)防結(jié)直腸癌。
微生物組已成為醫(yī)學(xué)研究人員的主要興趣。了解微生物組的多樣性并發(fā)現(xiàn)新的模式可以更好地了解疾病的發(fā)生原因，以及為什么在某些情況下治療效果要好于其他情況。大數(shù)據(jù)和新的計(jì)算工具將使微生物組的宏基因組分析成為可能。
53. 再生醫(yī)學(xué)（Regenerative Medicine）
再生醫(yī)學(xué)是一個(gè)新興的醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它致力于找到修復(fù)或替換因疾病、先天性問題或創(chuàng)傷而受損的細(xì)胞、組織甚至整個(gè)器官的方法。通過組織工程、干細(xì)胞的細(xì)胞療法，以及人工培養(yǎng)的組織或器官來實(shí)現(xiàn)。
再生醫(yī)學(xué)將專注于為細(xì)胞分化、細(xì)胞培養(yǎng)和組織工程開發(fā)更可靠、更便宜的方法。在未來，人類將在無需外部支持基質(zhì)的情況下產(chǎn)生組織和器官。
54. 重編程的人類細(xì)胞（Reprogrammed Human Cells）
重編程的人類細(xì)胞通常指免疫系統(tǒng)的基因重新編程的白細(xì)胞或誘導(dǎo)型多能干細(xì)胞，其外觀類似于胚胎干細(xì)胞。最近有研究證明，可生物降解的納米顆粒可通過對(duì)免疫細(xì)胞進(jìn)行遺傳編程，在小鼠模型中識(shí)別、清除或減緩白血病的進(jìn)展，并使得免疫細(xì)胞仍在體內(nèi)。誘導(dǎo)多能干細(xì)胞是一種可以直接從成體細(xì)胞中產(chǎn)生的多能干細(xì)胞。就像胚胎中自然產(chǎn)生的干細(xì)胞一樣，它們可以成為任何其他類型的細(xì)胞，可以發(fā)育為皮膚、神經(jīng)、肌肉或幾乎任何其他細(xì)胞類型。
55. 靶向細(xì)胞死亡途徑（Targeting Cell Death Pathways）
癌癥是全世界人類死亡的主要原因之一。2012年，新發(fā)癌癥病例1400萬例，癌癥相關(guān)死亡820萬例，預(yù)計(jì)在未來20年內(nèi)，這些數(shù)字將翻一番。與目前的治療方法相比，靶向觸發(fā)不同類型細(xì)胞死亡的關(guān)鍵調(diào)控分子可能是一種更有效、毒性更小、更不容易產(chǎn)生耐藥性的癌癥治療方法。
識(shí)別新的細(xì)胞死亡機(jī)制并嘗試協(xié)同激活和控制多種細(xì)胞死亡途徑是一種新興對(duì)抗癌癥的方法，預(yù)示著癌癥治療有效性的重大飛躍。同時(shí)它有望減輕或解決困擾該領(lǐng)域的某些毒性和耐藥性問題。
六、印刷與材料（Printing & Materials）
56．2D材料（2D Materials）
2D材料由原子級(jí)薄層材料組成。目前的研究主要集中在由不同的2D材料層所構(gòu)成異質(zhì)結(jié)性質(zhì)，以及它們?cè)诠夥雽?dǎo)體、集光器件和后硅電子等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過了解2D材料異質(zhì)結(jié)構(gòu)，發(fā)揮半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的能力，為納米電路和可穿戴設(shè)備的開發(fā)鋪平了道路。2D磁體可以解決最令人難以置信的科學(xué)問題，開啟超薄型計(jì)算機(jī)的時(shí)代，此外2D材料在傳感和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面也具有潛在的應(yīng)用前景。
57．食物3D打印（3D Printing of Food）
3D打印的食物商業(yè)化成為主流，目前看來，它真正的潛力可能在于美食領(lǐng)域，專業(yè)人士可以通過3D打印發(fā)明新的食物，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；在醫(yī)療環(huán)境中，幫助有進(jìn)食困難的人。
未來，食物3D打印和原料可以按時(shí)生產(chǎn)，直接使用。幾乎所有菜肴都可以“打印”，而不是烹飪。缺少的成分可以在需要的位置和時(shí)間以基本粉末的形式打印出來，質(zhì)量和口味每次都保持不變，沒有偏差。食物3D打印大大簡化了食物的制作過程，同時(shí)也能幫助人們制作出更加營養(yǎng)、健康而且有趣的食品。
58．玻璃3D打印（3D Printing of Glass）
玻璃的獨(dú)特性能通過快速原型制造玻璃物體的前景一直引人注目。玻璃3D打印的最新進(jìn)展為快速制作玻璃零件提供了解決方案，該技術(shù)使用的是熔融玻璃，一旦打印完成，幾乎不需要后期處理。
玻璃是一種必不可少的高性能材料，獨(dú)特的功能使其應(yīng)用于生物技術(shù)、光學(xué)、光子學(xué)和數(shù)據(jù)傳輸?shù)阮I(lǐng)域。玻璃3D打印的進(jìn)步為實(shí)驗(yàn)室級(jí)設(shè)備的制造鋪平了道路，也為內(nèi)部生產(chǎn)帶來了便利，它使得技術(shù)人員可以獲得更接近于成品的成果。藝術(shù)表現(xiàn)也可以通過復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)而達(dá)到新的境界。
59．大型物體的3D打印（3D Printing of Large Objects）
無論產(chǎn)品設(shè)計(jì)大小，3D打印技術(shù)的最大優(yōu)勢之一就是制造商能夠控制物體物理形態(tài)的每一個(gè)方面——物體的形狀可以通過特殊的軟件進(jìn)行優(yōu)化。在不久的將來，不僅小型設(shè)備，大型物體或超大型物體的主要部件都將可以進(jìn)行3D打印。大型物體可以通過特殊的設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行優(yōu)化，以使材料和功能適應(yīng)環(huán)境的要求。
60． 4D打印（4D Printing）
4D打印技術(shù)是指由3D技術(shù)打印出來的結(jié)構(gòu)能夠在外界激勵(lì)下發(fā)生形狀或者結(jié)構(gòu)的改變，直接將材料與結(jié)構(gòu)的變形設(shè)計(jì)內(nèi)置到物料當(dāng)中，簡化了從設(shè)計(jì)理念到實(shí)物的造物過程，讓物體能自動(dòng)組裝構(gòu)型，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和裝配的一體化融合。4D印刷品如果暴露在刺激物（加熱、光照、水、磁場）下，會(huì)隨著時(shí)間的推移自我變換形狀或性能變換。
4D打印的形狀記憶聚合物將極大地影響健康行業(yè)。4D打印還可用于組織工程、自組裝生物材料、納米粒子的設(shè)計(jì)以及用于化療的納米機(jī)器人。在能源工業(yè)中，將來會(huì)在太陽能電池板上使用形狀記憶材料，用于檢測陽光并相應(yīng)地自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的傳感器的制造。
61．水凝膠（Hydrogels）
水凝膠是具有高吸收性（包含90%以上的水）的天然或合成聚合物。由于它們的含水量較高 ，表現(xiàn)出“與自然組織相當(dāng)?shù)娜犴g性”，水凝膠通常作為分子和細(xì)胞物種的載體，能夠總結(jié)細(xì)胞/組織發(fā)育過程中的動(dòng)態(tài)信號(hào)。由于其仿生性，水凝膠是生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用的主要材料，如藥物輸送和干細(xì)胞治療。一般來說，制造水凝膠需要一系列前體材料之間的化學(xué)反應(yīng)和相互作用。
水凝膠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域具有廣闊的前景。不久的將來，水凝膠將為急救工作提供基礎(chǔ)支持，使患者能夠達(dá)到自我修復(fù)。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，治愈性軟體機(jī)器人將可以接觸生物體的細(xì)胞，并在微觀和亞微觀水平上進(jìn)行手術(shù)。
62．超材料（metamaterials）
超材料是由多個(gè)單獨(dú)的納米元素組成的人造組件。澳大利亞研究人員在納米材料中發(fā)現(xiàn)了新特性，為制造熱光伏電池開辟了新的前景，熱光伏電池可以在黑暗中收集熱量并將其轉(zhuǎn)化為電能。該團(tuán)隊(duì)利用金納米結(jié)構(gòu)和氟化鎂創(chuàng)造了一種超材料，可以在精確的方向上輻射熱量，并在特定的光譜范圍內(nèi)發(fā)出輻射。不久的將來，超材料將用于制造超輕衛(wèi)星天線、傳感器和光伏電池。在控制成本的情況下，超輕型天線可以連接到衛(wèi)星，并使其繞過有線的本地互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。熱光伏電池可以從紅外輻射中獲取能量，不需要陽光直射，可以補(bǔ)充甚至取代太陽能電池，成為重要的可再生能源。超材料的高可配置性將用于制造抗損傷材料，例如超材料制造的衣服會(huì)感知可能的損壞并調(diào)整織物表面以保護(hù)穿著者。
63．自愈材料（Self-healing Materials）
自愈材料通過對(duì)微損傷反應(yīng)的修復(fù)/愈合機(jī)制來檢測退化。一般來說，這些材料是人工制造的，可以被認(rèn)為是“智能結(jié)構(gòu)”，它們根據(jù)其綜合“傳感”能力來適應(yīng)各種環(huán)境。這種技術(shù)可以應(yīng)用于任何領(lǐng)域，例如海上風(fēng)力渦輪機(jī)，或者飛行中的飛機(jī)和衛(wèi)星。
隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，自愈材料只要加水就可以修理破損的牛仔褲。當(dāng)智能手表、筆記本電腦和手機(jī)受到人為破壞時(shí)，它會(huì)自動(dòng)修復(fù)顯示屏上的裂縫。這些設(shè)備的電池還將具有更長的使用壽命，這歸功于它們的自我修復(fù)特性。
七、突破資源邊界的技術(shù)（Breaking Resource Boundaries）
64．生物塑料（Bioplastic）
生物塑料指以淀粉等天然物質(zhì)為基礎(chǔ)在微生物作用下生成的塑料。它具有可再生性特性，因此十分環(huán)保。這些包括玉米、大米、馬鈴薯、棕櫚纖維、木薯、小麥纖維、木質(zhì)纖維素和甘蔗渣。根據(jù)其化學(xué)成分和生物基成分的百分比，生物塑料可能是可生物降解的。生物塑料用于食品和飲料包裝、醫(yī)療保健、紡織、農(nóng)業(yè)、汽車或電子等不同行業(yè)。生物塑料的主要優(yōu)點(diǎn)是它們留下的能源足跡更小，產(chǎn)生的污染也更少。歐盟自助項(xiàng)目正在研究一種可生物降解的尿布、一種可生物降解的生物活性美容面膜，以及一種納米結(jié)構(gòu)的生物相容性無紡布。塞維利亞大學(xué)和韋爾瓦大學(xué)的研究人員利用大豆蛋白開發(fā)了生物塑料，這種生物塑料可生物降解且環(huán)保，可吸收自身重量40倍的水。該研究團(tuán)隊(duì)修改了大豆的分子結(jié)構(gòu)，從而改變了吸收特性，使其保留的水分比平時(shí)多三倍。通過將蛋白質(zhì)的固體濃縮物注入模具，他們創(chuàng)造了試管，并應(yīng)用于園藝。由王新龍領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員開發(fā)了由可降解生物塑料制成的電子元件。開發(fā)的電子產(chǎn)品是由一種叫做聚乳酸 (PLA) 的玉米淀粉衍生的生物塑料制成的，通過將金屬有機(jī)骨架納米粒子與這種生物塑料混合，他們成功地開發(fā)出機(jī)械、電氣和阻燃特性的材料，可用于電子產(chǎn)品。
塑料行業(yè)正致力于開發(fā)利用自然界中發(fā)現(xiàn)的天然原料來生產(chǎn)生物塑料的新方法。生物塑料在許多不同領(lǐng)域都有很高的需求，這種材料將有很多新的應(yīng)用前景。
65．碳捕獲與封存（Carbon Capture and Sequestration）
碳是地球上生命的重要元素。人類活動(dòng)產(chǎn)生的二氧化碳是導(dǎo)致氣候變化的主要溫室氣體之一，管理二氧化碳是我們這個(gè)時(shí)代最大的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和政治挑戰(zhàn)之一。為了避免碳流失到大氣中，碳被收集起來儲(chǔ)存，并在高二氧化碳排放源處進(jìn)行處理，例如各種工業(yè)和碳基發(fā)電廠的煙囪。空氣捕集技術(shù)可以從環(huán)境中的任何地方去除空氣中的碳，二氧化碳通過吸收和膜氣體分離技術(shù)從空氣或煙氣中分離出來。捕獲的二氧化碳或提取的碳可以以礦物形式儲(chǔ)存，因?yàn)樗c金屬氧化物會(huì)發(fā)生放熱反應(yīng)。在其他情況下，可以通過管道輸送到其他地方使用，例如注入老油田開采石油。
空氣捕獲與碳存儲(chǔ)相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)雙重功能。碳捕集與利用減輕了碳存儲(chǔ)所帶來的一些問題和成本，一旦減緩氣候變化的成本增高，碳捕集技術(shù)就可能吸引來自汽車和飛機(jī)等分散碳源關(guān)注。但是這些技術(shù)也非常昂貴，存在一定風(fēng)險(xiǎn)，而且實(shí)際效果尚不清楚。
66．海水淡化（Desalination）
海水淡化是從水中除去各種鹽的過程。傳統(tǒng)上是通過蒸餾、電解和過濾實(shí)現(xiàn)的。由于技術(shù)成本較高、能耗高，目前它們只能將水分解，或者使其達(dá)到沸點(diǎn)或者冷凝，通過化學(xué)物質(zhì)過濾來清洗污染的膜，實(shí)現(xiàn)海水淡化。新的實(shí)驗(yàn)表明，通過使用各種形式的石墨烯（一個(gè)原子厚的等間距碳原子層）可以實(shí)現(xiàn)海水淡化。氧化石墨烯膜，其孔徑大小可以精確控制，可以將普通鹽分從水中篩出，使其可以安全飲用。
精密過濾技術(shù)的發(fā)展對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大影響，對(duì)發(fā)達(dá)國家和新興市場的社會(huì)層面產(chǎn)生巨大影響。精密過濾技術(shù)將通過提高廢水工業(yè)過濾的能源效率來降低成本，使工業(yè)參與者更愿意降低其企業(yè)的生態(tài)影響。
67．地球工程與氣候工程（Geoengineering and Climate Engineering）
地球工程關(guān)注的是整個(gè)景觀的變化，比如人工湖、中國的三峽大壩工程。另外比較典型的例子是改變河床、利用山建造人工島和日本的關(guān)西機(jī)場等。氣候工程主要包括兩種類型，消除溫室氣體和管理太陽輻射。最近，減少溫室氣體排放和社會(huì)承受氣候變化能力的問題備受關(guān)注。未來在全球范圍內(nèi)需要對(duì)地球工程和氣候工程進(jìn)行治理和監(jiān)管。
68．超級(jí)高鐵（Hyperloop）
超級(jí)高鐵是目前正在開發(fā)的運(yùn)輸系統(tǒng)，一種以“真空鋼管運(yùn)輸”為理論核心的交通工具，具有超高速、高安全、低能耗、噪聲小、污染小等特點(diǎn)。它將使用加壓吊艙載客，也可以在真空鋼管中運(yùn)載貨物。吊艙由一個(gè)電動(dòng)直線電機(jī)通過一個(gè)隧道或管道（低壓環(huán)境）逐步加速。吊艙通過磁懸浮快速上升到軌道上方，由于空氣阻力低，實(shí)現(xiàn)超高速滑行。
超級(jí)高鐵可以幫助緩解交通壓力，不受交通事故和天氣因素的影響，帶來穩(wěn)定、可靠的通勤體驗(yàn)。
69．塑膠食蟲（Plastic - Eating Bugs）
聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（polyethylene terephthalate，PET）是全球最常見的制造產(chǎn)品之一，也是不可生物降解的，隨著這些塑料垃圾堆積在我們周圍，已經(jīng)造成嚴(yán)重的環(huán)境問題。由于將PET轉(zhuǎn)化成油是一個(gè)復(fù)雜的過程，科學(xué)家們開始尋找能夠代謝或消化這些物質(zhì)的方法，將其轉(zhuǎn)化為可生物降解的產(chǎn)品。日本研究人員通過分析從土壤和廢水中收集的以PET塑料殘骸為食的細(xì)菌，發(fā)現(xiàn)了這個(gè)物種并將其命名為Ideonella sakaiensis。這種細(xì)菌似乎只吃PET，并且僅利用兩種酶，就能將其分解。
最近研究發(fā)現(xiàn)，塑膠食蟲可以快速降解塑料垃圾，甚至可能變成天然肥料來喂養(yǎng)土壤，大大減少城市污染。
70．分解二氧化碳（Splitting Carbon Dioxide）
二氧化碳是一種廢氣，一種積聚在大氣中的溫室氣體，直接導(dǎo)致全球氣候變化。目前正在使用不同的碳捕獲和儲(chǔ)存方法來降低大氣中的二氧化碳含量，從而降低其影響。目前需要做的不是儲(chǔ)存，而是通過分離直接使用二氧化碳，以及從儲(chǔ)存地點(diǎn)分離二氧化碳。
科學(xué)家正在尋找將二氧化碳分解和轉(zhuǎn)化為燃料的方法。具體而言，他們正在研發(fā)新型廉價(jià)催化劑材料。同時(shí)，將這項(xiàng)技術(shù)與可再生能源裝置相結(jié)合，能夠減少大氣中的二氧化碳含量，還能將太陽能直接存儲(chǔ)為液體燃料。
71．備災(zāi)技術(shù)（Technologies for Disaster Preparedness）
隨著自然災(zāi)害的數(shù)量不斷增加，許多沿海城市的水災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)也顯著上升，因此自然災(zāi)難帶來的環(huán)境危機(jī)值得關(guān)注，預(yù)測災(zāi)難技術(shù)也是研究的方向。諸如地震、海嘯、火山爆發(fā)、泥石流等自然災(zāi)害的預(yù)防是非常重要的。此外，應(yīng)急系統(tǒng)、救援機(jī)器人、救援系統(tǒng)和公民信息系統(tǒng)需要不斷完善。一方面是情景預(yù)防，另一方面是技術(shù)的突破。
備災(zāi)的關(guān)鍵方面是社會(huì)復(fù)原力，即暴露在危險(xiǎn)中的社會(huì)能及時(shí)有效地抵御、吸收、適應(yīng)和恢復(fù)的能力。需要在不斷變化的環(huán)境中采用不同的方法，而不是修復(fù)系統(tǒng)的先前狀態(tài)。技術(shù)本身對(duì)社會(huì)復(fù)原力的貢獻(xiàn)微乎其微，主要取決于社會(huì)結(jié)構(gòu)的能力。處理復(fù)雜性和不確定性的能力成為新的挑戰(zhàn)，意味著為未來任何突發(fā)情況做好準(zhǔn)備。
72．水下生活（Underwater Living）
人類在水下生活的想法被認(rèn)為是人類未來的一個(gè)潛在的重要部分，是作為地球表面因?yàn)槿丝谶^多或因?yàn)闉?zāi)難而無法居住的一種替代方案。自20世紀(jì)60年代初以來，各國已經(jīng)設(shè)計(jì)、建造水下棲息區(qū)。法國海洋建筑師 Jacques Rougerie 設(shè)計(jì)的水上探索平臺(tái) “Seaorbiter” 正在漸漸成型，這是世界上第一個(gè)垂直海洋船舶。英國設(shè)計(jì)師菲爾·波利（Phil Pauley）發(fā)布了一個(gè)關(guān)于海底設(shè)施的設(shè)計(jì)方案，該方案名為“次生物圈2號(hào)”（Sub-Biosphere 2），這座海底設(shè)施擁有8個(gè)棲息區(qū)。朱爾斯的海底小屋 jules undersea lodge 海底小屋位于美國佛羅里達(dá)州基拉戈島，于1986年建成，是美國最早的水下酒店。
由于陸地上的住房空間稀缺，因此越來越多的沿海陸地被開發(fā)用于居住。預(yù)計(jì)第一批海底棲息地將位于海岸附近，為越來越多的人提供生活條件，并在氣候變化導(dǎo)致海平面上升時(shí)使用。
73．廢水養(yǎng)分回收（Wastewater Nutrient Recovery）
廢水養(yǎng)分回收是從廢水流中回收氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)化為用于生態(tài)和農(nóng)業(yè)用途的環(huán)保肥料。養(yǎng)分回收是廢水處理領(lǐng)域的一個(gè)突出發(fā)展方向。生物技術(shù)、再利用和再循環(huán)技術(shù)帶來了各種經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，有助于降低成本、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和改善客戶服務(wù)。人們正在嘗試開發(fā)更多的技術(shù)來從廢水中回收不同的資源，資源越稀缺，回收投資越大。大規(guī)模利用廢水作為資源將是真正的突破。
74．小行星采礦（Asteroid Mining）
小行星采礦（Asteroid Mining）是從圍繞太陽運(yùn)行的相對(duì)較小且密度較大的天體（即小行星）中提取有價(jià)值的物質(zhì)的過程。隨著地球礦產(chǎn)資源的枯竭，一些重要材料將越來越難以在地球上開采，小行星將提供重要材料的儲(chǔ)備。有些是值得運(yùn)回地球的，例如：金、銥、銀、鋨、鈀、鉑、錸、銠、釕或鎢等。其他的可以用于太空建設(shè)，例如：鐵、鈷、錳、鉬、鎳、鋁或鈦等。一家加利福尼亞公司展示用于小行星探測的小型低成本航天器。該計(jì)劃是為該飛船配備收集有關(guān)小行星組成和“挖掘能力”數(shù)據(jù)的儀器。印度正計(jì)劃在月球南側(cè)啟動(dòng)對(duì)核材料的探索。
八、能源（Energy）
75．生物發(fā)光（Bioluminescence）
生物發(fā)光（Bioluminescence）是指生物體發(fā)光或生物體提取物在實(shí)驗(yàn)室中發(fā)光的現(xiàn)象。生物發(fā)光需要一種叫做熒光素和氧的分子，它們相互反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生光。生物發(fā)光在一些昆蟲、真菌、細(xì)菌和海洋動(dòng)物中被發(fā)現(xiàn)。研究人員目前正在嘗試將生物發(fā)光技術(shù)應(yīng)用于生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和光生產(chǎn)中，他們正試圖將生物發(fā)光轉(zhuǎn)移到細(xì)菌、植物或哺乳動(dòng)物等不同生物上，以更好地了解不同生理過程，并開發(fā)新的成像和研究技術(shù)。同時(shí)，科研人員正在開發(fā)新的光源，以減少當(dāng)前全球能源消耗。
76．能量收集（Energy Harvesting）
能量收集是一種利用能量收集器從其周圍環(huán)境中獲取能量的技術(shù)。盡管收集能量不大，因?yàn)檫@種小能源所產(chǎn)生的電力比大型設(shè)備要少得多，例如太陽能電池板應(yīng)用于大型熱源的熱電裝置，但捕捉到的能量足以滿足大多數(shù)無線、遙感、人體植入、射頻識(shí)別、可穿戴設(shè)備的應(yīng)用。捕捉環(huán)境能源的技術(shù)包括：設(shè)計(jì)用于從振動(dòng)和變形中提取能量的機(jī)械裝置；從溫度變化中提取能量的熱裝置；從光、無線電波和其他形式的輻射中獲取能量的輻射能裝置；以及利用生化反應(yīng)的電化學(xué)裝置。
有研究人員已經(jīng)證明從活體動(dòng)物的心臟中獲取生物力學(xué)能量并將其用于無線電數(shù)據(jù)傳輸?shù)目尚行浴Ｃ绹戃娧芯繉?shí)驗(yàn)室的科學(xué)家開發(fā)了一種納米電鍍鋁基粉末，該粉末與水結(jié)合產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣，而氫氣又可用于為燃料電池供電。這種合成材料自發(fā)地將水分解成氫。在測試過程中，他們還觀察到，當(dāng)使用尿液作為水源時(shí)，化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的速度是用水的兩倍。
高效的能量收集技術(shù)可保證各種系統(tǒng)最少的維護(hù)，并為周圍環(huán)境可用的物質(zhì)提供動(dòng)力。
77．收集甲烷水合物（Harvesting Methane Hydrate）
甲烷水合物是水分子與甲烷于低溫高壓形成類似冰狀的物質(zhì)，只在地下沉積物中自然存在。對(duì)于依賴進(jìn)口天然氣、煤炭和石油來滿足大部分能源需求的國家而言，甲烷水合物礦床是未來有前途的能源來源。
大多數(shù)天然氣水合物沉積物都位于海面以下，只能通過鉆井平臺(tái)和深海鉆井船才能到達(dá)。由于甲烷是不穩(wěn)定的且易燃，甲烷泄漏到空氣中，會(huì)造成更多的溫室效應(yīng)，是風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)之一，目前還不具備可用的技術(shù)來大規(guī)模收集這種能量。
78．氫燃料（Hydrogen Fuel）
氫的重力能量密度大約是化石燃料的三倍，非常適合于內(nèi)燃機(jī)。氫氣在大氣中以放熱的方式燃燒，釋放出水、過氧化氫和少量氮氧化物。氫作為燃料在氫燃料電池（一種電化學(xué)電池）中，氫氣與氧氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生電子流，這些電子流可以作為電流收集到外部電路中。因此，氫燃料電池是碳基燃料的替代能源，對(duì)環(huán)境沒有影響。
目前，有國際研究小組利用摻入二氧化鈦光催化劑的光敏蛋白質(zhì)從水中制取氫氣。當(dāng)光催化劑溶解在水中并在陽光下與鉑混合時(shí)，氫就會(huì)釋放出來。研究小組還在白光下觀察到了非常高的氫氣產(chǎn)量，發(fā)現(xiàn)用微波爐激活大量的碳?xì)浠衔飼r(shí)，它們會(huì)迅速釋放出大量的氫。
伯克利實(shí)驗(yàn)室的研究人員用石墨烯片嵌入了鎂納米晶體。鎂納米晶體不受氧氣、濕氣和污染物的影響，同時(shí)讓氫分子通過。這些石墨烯包裹的鎂晶體充當(dāng)氫的“海綿”，為吸收和儲(chǔ)存氫氣提供了安全的方式。
79．海洋和潮汐能技術(shù)（Marine and Tidal Power Technologies）
海洋為人類提供了大量的可再生能源。最先進(jìn)的潮汐流和海洋面臨著相當(dāng)大的障礙。在不同的前瞻性調(diào)查中，海洋能源可以大規(guī)模收集能源，值得我們關(guān)注。
歐盟采取了一系列政策舉措，以確保海洋能源技術(shù)在短期內(nèi)具有成本競爭力。為了收集大量的能量，開采波浪能似乎是最有效的方法。從長遠(yuǎn)來看，新的發(fā)電機(jī)技術(shù)所收集的能源量也會(huì)增加。
80．微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells）
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的裝置。微生物燃料電池就像任何標(biāo)準(zhǔn)燃料電池一樣，由一個(gè)質(zhì)子交換膜隔開的陽極室和陰極室組成。細(xì)菌生長繁殖形成密集的細(xì)胞聚集體（生物膜），粘附在微生物燃料電池的陽極上。細(xì)菌作為活性生物催化劑替代了昂貴的過渡金屬催化劑，通過氧化有機(jī)底物產(chǎn)生二氧化碳、質(zhì)子和電子。質(zhì)子通過微生物燃料電池傳導(dǎo)到陰極室，電子通過外部電路從陽極流向陰極，從而產(chǎn)生電能。
細(xì)菌在空氣、土壤、植物、藻類、動(dòng)物和灰塵中無處不在，也存在于城市、制造業(yè)和農(nóng)業(yè)廢棄物中。廢棄物可以通過微生物燃料電池轉(zhuǎn)化為清潔能源。由于微生物燃料電池的效率低、成本高，微生物燃料電池技術(shù)仍處于發(fā)展階段。
微生物燃料電池的最大優(yōu)勢是它可以通過處理廢棄物和清潔能源減少對(duì)環(huán)境的污染。該技術(shù)仍然面臨障礙，大規(guī)模的研究工作是必然的。
81．熔鹽反應(yīng)堆（Molten Salt Reactors）
熔鹽反應(yīng)堆是采用溶有易裂變材料且處于熔融狀態(tài)下的熔鹽作為核燃料的反應(yīng)堆，它是以非常熱的氯化物或氟化物形式存在的熔鹽混合物。液態(tài)熔鹽既可以作為產(chǎn)生熱量的燃料，也可以作為將熱量輸送到發(fā)電機(jī)的冷卻劑。理論上這使得汽水分離再熱器的設(shè)計(jì)比采用固體燃料和水冷卻劑的常規(guī)核反應(yīng)堆更簡單、更安全。
熔鹽反應(yīng)堆在上世紀(jì)50年代和60年代在美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)，但到了70年代，由于一些非技術(shù)因素的原因被中止。隨著材料及零部件技術(shù)發(fā)展，液態(tài)氟化釷反應(yīng)堆研發(fā)復(fù)蘇，全球包括法國、美國、印度及中國正在開展液態(tài)氟化釷反應(yīng)堆研發(fā)設(shè)計(jì)，尤其是在日本核電事故后，各方的關(guān)注熱度上升。
熔鹽反應(yīng)堆的支持者稱其本質(zhì)上是安全、可持續(xù)和高效的。與傳統(tǒng)反應(yīng)堆不同的是，固態(tài)燃料棒的熔化會(huì)導(dǎo)致不受控制的裂變，并產(chǎn)生災(zāi)難性的影響，熔鹽反應(yīng)堆是按設(shè)計(jì)熔化的。此外，研究表明，釷基熔鹽反應(yīng)堆技術(shù)可以對(duì)放射性廢物進(jìn)行熱燃燒，從而緩解核儲(chǔ)存問題。
中國斥資220億元人民幣在甘肅武威建造兩座熔鹽核反應(yīng)堆原型，這些反應(yīng)堆被設(shè)計(jì)成熔鹽反應(yīng)堆技術(shù)的試驗(yàn)臺(tái)，目前正在測試中。使用釷作為主要燃料具有經(jīng)濟(jì)意義，中國擁有世界上最大的釷元素儲(chǔ)量。
在尋求清潔、高效的能源過程中，熔鹽反應(yīng)堆面臨可再生能源和聚變反應(yīng)堆等新興技術(shù)的競爭。
82．智能窗（Smart Windows）
智能窗可利用太陽能能源轉(zhuǎn)化為電能，并在玻璃板之間調(diào)節(jié)進(jìn)入室內(nèi)的能量從而使室內(nèi)溫度保持在合適的范圍，既改善了生活質(zhì)量，又降低了能耗。智能窗是一種由玻璃或其他透明材料和調(diào)光材料所組成的調(diào)光智能器件，在一定的物理?xiàng)l件下（如光照、電場、溫度），這種器件發(fā)生著色或褪色反應(yīng)，改變自身的顏色狀態(tài)，從而有選擇性地吸收或反射外界的熱輻射和阻止內(nèi)部熱擴(kuò)散，達(dá)到調(diào)節(jié)光強(qiáng)度和室內(nèi)溫度，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。
目前某些大型辦公樓和其他具有玻璃外墻的大型建筑可以利用太陽光獲取能量，這將減輕建筑物的能源費(fèi)用和企業(yè)的碳足跡。智能窗一旦開始大規(guī)模生產(chǎn)，對(duì)“智能家居”設(shè)計(jì)至關(guān)重要。
83．熱電涂料（Thermoelectric Paint）
熱電是通過將溫差轉(zhuǎn)換成電壓，反之亦然，然而，熱電材料必須應(yīng)用于作為熱源的物體上，達(dá)到發(fā)電的效果。熱點(diǎn)涂料通常被用于平坦表面物體上，傳統(tǒng)的熱電設(shè)計(jì)在這些情況下效率較低。目前，柔性熱電材料在可穿戴設(shè)備等產(chǎn)品上表現(xiàn)出很好的效果，也產(chǎn)生了額外的設(shè)計(jì)/效率限制，而液體或粘膠材料對(duì)于所有類型物體表面都是理想的。
熱電涂料可以利用任何熱源發(fā)電，還可以保護(hù)內(nèi)部空間免受外部熱量的輻射，從而減少了額外的冷卻需求。熱電涂料未來可用于建筑物或車輛表面，從而節(jié)省大量的能源。
84．水分解（Water Splitting）
水分解（Water Splitting）是將水的化學(xué)成分分解成氫和氧的組成元素的過程。這一轉(zhuǎn)化過程對(duì)清潔能源具有重要意義。水分解可以為氫的廣泛使用開辟道路，氫氣既是零排放燃料，又可以大規(guī)模地有效儲(chǔ)存，水分解技術(shù)將改善對(duì)可再生能源的獲取。目前，實(shí)現(xiàn)水分解的方法雖然有很多種，但技術(shù)復(fù)雜，效率不高，實(shí)施成本非常昂貴。
水分解技術(shù)可能改變?nèi)藗兛创茉瓷a(chǎn)和消費(fèi)的方式。利用太陽能電池板或風(fēng)力渦輪機(jī)的電力，能夠輕松地生產(chǎn)氫氣，將大大減少人類活動(dòng)的碳足跡。此外，氫氣可大量儲(chǔ)存，能夠顯著提高現(xiàn)有技術(shù)的效率。
85．機(jī)載風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Airborne Wind Turbine）
追求更清潔、更便宜的能源以跟上當(dāng)今社會(huì)的消費(fèi)率的競爭中，利用風(fēng)能等無窮無盡的資源似乎是一個(gè)新的方向。與傳統(tǒng)的地面渦輪機(jī)相比，機(jī)載風(fēng)能系統(tǒng)通常要小得多，使用的材料也更少，而且它們更容易移動(dòng)并部署到孤立的定居點(diǎn)或遭受自然災(zāi)害的偏遠(yuǎn)地區(qū)。與傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電相比，生產(chǎn)空中風(fēng)能的成本要高得多，即使相關(guān)試驗(yàn)取得成功，也可能需要五年或更長時(shí)間才能將第一個(gè)功能系統(tǒng)商業(yè)化。
86．鋁基能源（Aluminium-based Energy）
作為現(xiàn)有技術(shù)的補(bǔ)充和可能的替代品，目前大多數(shù)研究將鋁用于發(fā)電和儲(chǔ)能。鋁是地殼中含量最豐富的金屬，鋁材料輕而有韌性，能源工業(yè)將從鋰材料轉(zhuǎn)向鋁，在生產(chǎn)可充電電池等存儲(chǔ)系統(tǒng)方面具有明顯的優(yōu)勢。除了在建造輕型結(jié)構(gòu)方面的重要作用外，未來鋁還可用于開發(fā)新的、更高效的光伏電池或熱系統(tǒng)。
鋁電池是鋰離子電池的替代品競爭中的強(qiáng)力候選者，在了解鋁與各種化合物相互作用的電化學(xué)性質(zhì)方面將會(huì)繼續(xù)取得科學(xué)進(jìn)展。
87．人工光合作用（Artificial Photosynthesis）
人工光合作用是模擬光合作用的自然過程，將陽光、水和二氧化碳轉(zhuǎn)化為碳水化合物和氧氣的化學(xué)過程。在燃料消耗和二氧化碳含量產(chǎn)生的背景下，既能降低二氧化碳含量又能發(fā)電的人工光合作用是該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。人工光合作用成本較低，大大減少對(duì)化石燃料的使用和需求。
九、社會(huì)領(lǐng)域的重大創(chuàng)新突破（Radical Social Innovation Breakthroughs）
88．協(xié)同創(chuàng)新空間（Collaborative Innovation Spaces）
用于傳遞知識(shí)和創(chuàng)新的新形式正在興起，通常是一群熟練的技術(shù)人員聚集在一起，稱為“創(chuàng)客空間”“黑客空間”或“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”，大家可以在其中交流和共享。協(xié)同創(chuàng)新空間可以在任何地方出現(xiàn)，包括學(xué)校、圖書館和社區(qū)中心等，不同的地點(diǎn)提供不同的資源，從3D打印機(jī)到合成生物學(xué)。在過去的十年中，創(chuàng)客空間在全球范圍內(nèi)廣受歡迎，用戶報(bào)告的數(shù)字顯示近1400個(gè)活躍空間，是2006年的14倍。在東京，創(chuàng)客文化與該市3D打印和數(shù)字制造服務(wù)的興起相互交織。在美國，特別是圖書館通過轉(zhuǎn)變?yōu)閯?chuàng)客空間來加強(qiáng)其作為社區(qū)中心的作用。
89．游戲化趨勢（Gamification）
游戲化是在非游戲背景下應(yīng)用游戲設(shè)計(jì)元素和游戲原則來提高用戶參與度、組織力、學(xué)習(xí)、眾包、招聘和評(píng)估等。越來越多的年輕人玩虛擬游戲并因此習(xí)慣于接受這種訓(xùn)練，越來越多的公司啟動(dòng)了游戲化項(xiàng)目。學(xué)習(xí)型游戲在企業(yè)中得到了應(yīng)用，并且他們?cè)絹碓蕉嗟赝顿Y于學(xué)習(xí)型游戲。在線學(xué)習(xí)也部分采用基于游戲的學(xué)習(xí)形式。可汗學(xué)院（Khan Academy），是由孟加拉裔美國人薩爾曼·可汗創(chuàng)立的一家教育性非營利組織，主旨在于利用網(wǎng)絡(luò)影片進(jìn)行免費(fèi)授課，現(xiàn)有關(guān)于數(shù)學(xué)、歷史、金融、物理、化學(xué)、生物、天文學(xué)等科目的內(nèi)容，教學(xué)影片超過2000段，機(jī)構(gòu)的使命是加快各年齡學(xué)生的學(xué)習(xí)速度。目前，在美國已經(jīng)有一個(gè)使用游戲促進(jìn)健康的特定聯(lián)盟。成人和兒童的體育活動(dòng)率已經(jīng)急劇下降，游戲公司支持全國性的體育教育活動(dòng)，這一浪潮始于WII Fit游戲，通過使用智能手表、手環(huán)或手機(jī)來監(jiān)測健康數(shù)據(jù)。
90．共享經(jīng)濟(jì)（Access/Commons-based Economy）
互聯(lián)網(wǎng)的興起從根本上降低了合作成本。在線社交網(wǎng)絡(luò)的使用極大地促進(jìn)了共享信息和數(shù)字產(chǎn)品的意愿，音樂和書籍等越來越多商品的數(shù)字化擴(kuò)大了共享的可能性范圍。
共享是互惠互利的社會(huì)行為，有助于擴(kuò)大享受共享資源好處的圈子。互聯(lián)網(wǎng)使新型共享實(shí)踐成為可能。大多數(shù)人認(rèn)為，這種協(xié)調(diào)各種動(dòng)機(jī)的價(jià)值創(chuàng)造形式特別適合解決復(fù)雜的社會(huì)問題。
91．讀寫文化：多元化的信息控制者（Read/Write Culture: diversifying information gatekeepers）
人們通過社交媒體，不僅能夠分享，而且能夠操縱、轉(zhuǎn)換和生成視頻博客和在線直播等數(shù)字內(nèi)容。哲學(xué)家勞倫斯·萊辛（Lawrence Lessing）稱之為“讀/寫文化”，而不是“只讀文化”，即信息或產(chǎn)品由“專業(yè)”來源提供給被動(dòng)的消費(fèi)者。
公眾話語越來越具有矛盾的信息特征，“真相”越來越受到爭議，對(duì)信息的信任正在侵蝕。在互聯(lián)網(wǎng)上，故事以不斷創(chuàng)新的方式被無休止地復(fù)制、更改、重新混合、回收和重新組合。由于知識(shí)產(chǎn)權(quán)的斗爭，音樂產(chǎn)業(yè)受到嚴(yán)重破壞，媒體、娛樂和教育等其他產(chǎn)業(yè)正在發(fā)生迅速變化。
92．重塑教育（Reinventing Education）
獲取新知識(shí)的結(jié)構(gòu)在機(jī)構(gòu)層面發(fā)生了變化。提供培訓(xùn)和學(xué)習(xí)新平臺(tái)和方法的參與者數(shù)量呈指數(shù)增長，它不再局限于正規(guī)教育機(jī)構(gòu)。從事教育活動(dòng)的參與者的多樣性在不斷增加，為人們?cè)谏钪胁煌瑫r(shí)刻進(jìn)行培訓(xùn)和再培訓(xùn)提供了許多新的機(jī)會(huì)。越來越多的技術(shù)和軟件公司正在為實(shí)踐培訓(xùn)創(chuàng)建平臺(tái)。
93．自我量化（Body 2.0 and the Quantified Self）
自我量化是鼓勵(lì)用戶通過收集日常生活的各個(gè)方面的數(shù)據(jù)來更好地了解自己。早期的概念是人本主義計(jì)算（Humanistic Computing），可以追溯到上世紀(jì)70年代，那時(shí)就已經(jīng)有通過穿戴式傳感器（Wearable sensors）以人的行為、生理信息為對(duì)象的研究。量化自我意味著通過可穿戴設(shè)備、智能手機(jī)應(yīng)用程序或獨(dú)立的傳感器，對(duì)人體進(jìn)行永久性監(jiān)測，并對(duì)個(gè)人的身體功能進(jìn)行近乎醫(yī)療的監(jiān)測。
94．無車城市（Car-free City）
目前，至少有7個(gè)汽車依賴度高的大城市開始實(shí)行無車化。越來越多的城市開始在某些街區(qū)淘汰汽車，例如成都、哥本哈根、漢堡、赫爾辛基、馬德里、米蘭和巴黎，無車城市主要依靠公共交通、步行或騎自行車在市區(qū)內(nèi)運(yùn)輸。無車城市極大地減少了對(duì)石油的依賴、空氣污染、溫室氣體排放、汽車撞車、噪音污染和交通擁堵。國內(nèi)外越來越多的城市開始淘汰汽車。許多國家和城市甚至制定了新的法律來加速這一趨勢。
95．新的記者網(wǎng)絡(luò)（New Journalist Networks）
記者在特定目標(biāo)上共同努力，以揭示新聞?wù)嫦嗖楦鞣N全球性的事件尋找證據(jù)，他們?cè)谌蚍秶鷥?nèi)與報(bào)紙記者或自由職業(yè)者合作。新的記者網(wǎng)絡(luò)節(jié)省資源，采用新的方式傳播新聞和尋找證據(jù)。
96．本地食物圈（Local Food Circles）
糧食圈關(guān)注的是促進(jìn)安全、區(qū)域種植的食品消費(fèi)，這將鼓勵(lì)可持續(xù)農(nóng)業(yè)，并幫助農(nóng)民、發(fā)展農(nóng)村地區(qū)。意味著我們必須徹底改變我們參與種植和消費(fèi)食物的方式。
全球工業(yè)化食品系統(tǒng)引起了人們對(duì)食品安全、健康以及社會(huì)和生態(tài)可持續(xù)性的關(guān)注。在美國和歐洲，區(qū)域性支持的農(nóng)業(yè)計(jì)劃正在蓬勃發(fā)展，糧食消費(fèi)者可以直接與農(nóng)民建立聯(lián)系，并在農(nóng)貿(mào)市場上購買產(chǎn)品。
97．擁有和共享健康數(shù)據(jù)（Owning and Sharing Health Data）
大型數(shù)據(jù)庫已經(jīng)由不同的機(jī)構(gòu)、公司、組織托管，其數(shù)據(jù)具有不同的聚合規(guī)模。在瑞士，新的數(shù)據(jù)所有權(quán)模式是以合作的形式組織起來的。個(gè)人健康數(shù)據(jù)越來越有價(jià)值，在保障數(shù)據(jù)安全的前提下，可以用于研究，并且個(gè)人可以從提供數(shù)據(jù)中直接受益。
98．替代貨幣（Alternative Currencies）
替代貨幣可以是數(shù)字（通常稱為加密貨幣）或非數(shù)字貨幣。隨著信用卡和加密貨幣的使用不斷增長，世界范圍內(nèi)越來越多的無現(xiàn)金交易用于支付任何種類的服務(wù)或產(chǎn)品。金融交易是通過交易雙方之間的信息轉(zhuǎn)移（通常是貨幣的電子表示）進(jìn)行的，而不需要實(shí)物紙幣或硬幣形式的貨幣。交易的計(jì)算可以用加密貨幣進(jìn)行。歐洲和其他一些國家正在討論是否放棄現(xiàn)金交易。
99．基本收入（Basic Income）
保障最低收入（Guaranteed minimum income）或“基本收入”是一種社會(huì)福利制度，以保障公民或家庭能夠有足夠的生活收入。基本收入是指政府向全體公民提供相同的收入，以滿足人民的基本生活條件。有了基本收入，人們就可以投入在科學(xué)、醫(yī)療、教育等領(lǐng)域中。在芬蘭，無論就業(yè)如何，公民都可以獲得基本收入，這項(xiàng)為期兩年的計(jì)劃將為2000名年齡在25至58歲之間的失業(yè)公民提供每月560歐元（581.48美元）的基本收入。
100．生命緩存（Life Caching）
生命緩存意味著收集、存儲(chǔ)和展示一個(gè)人的整個(gè)生活細(xì)節(jié)供私人使用，或供朋友、家人甚至整個(gè)世界披閱。數(shù)以百萬計(jì)的人們正在數(shù)字化索引他們的思想、喜怒哀樂、圖片、視頻剪輯；他們中的大多數(shù)人以新的方式上網(wǎng)，公開他們?nèi)粘Ｉ钪械奶摂M緩存，生命緩存的目的主要是保存記憶。
