日前，著名科普雜志《科學(xué)美國人》公布了2019年十大突破性技術(shù)榜單。榜上有名的既有“高深莫測”的新型核反應(yīng)堆和DNA存儲(chǔ)，也有“平易近人”的新型肥料和食品包裝。記者梳理后發(fā)現(xiàn)，這十大技術(shù)可分為清潔環(huán)境、革新能源、促進(jìn)健康、便捷生活與顛覆創(chuàng)新五個(gè)大類。
清潔環(huán)境類技術(shù)
可生物降解塑料和智能肥料技術(shù)能夠使環(huán)境更清潔。
塑料垃圾不僅能在環(huán)境中存在數(shù)百年，還會(huì)釋放有毒化合物。之前以玉米、甘蔗或廢油脂為原料生產(chǎn)的可生物降解塑料，性能難以與普通塑料相比。現(xiàn)在，英國倫敦帝國理工學(xué)院、芬蘭梅特根生物技術(shù)公司等正在研究使用低成本離子溶劑和生物酶處理纖維素或木質(zhì)素，生產(chǎn)新型可生物降解塑料，有望助力解決塑料垃圾問題。
農(nóng)用肥料中的氮會(huì)在大氣中形成溫室氣體，磷則進(jìn)入河流，引發(fā)藻類等生物過度生長。海法集團(tuán)和ICL特種肥料等公司利用先進(jìn)的材料和制造技術(shù)，改進(jìn)膠囊類緩釋肥料外殼，使其成為“智能肥料”，能根據(jù)土壤溫度、酸度或養(yǎng)分改變釋放率。相比需要人工智能、數(shù)據(jù)分析和大量傳感器的所謂“精確農(nóng)業(yè)”，這種方式更易推廣。
革新能源類技術(shù)
新型核能和大規(guī)模儲(chǔ)能技術(shù)有望帶來新的能源革命。
現(xiàn)有的商業(yè)核反應(yīng)堆使用的幾乎都是將鈾芯堆積在鋯合金內(nèi)的核燃料棒。如果鋯過熱，它會(huì)與水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣并爆炸，這一問題導(dǎo)致了美國三島和日本福島的核事故。正在研制的“第四代”核反應(yīng)堆將用液態(tài)鈉或熔鹽代替水來傳遞熱量，避免產(chǎn)生氫氣。美國則提出建設(shè)小型模塊化反應(yīng)堆以提高安全性。新型燃料和小型模塊化反應(yīng)堆有望帶來核電復(fù)興。
風(fēng)能和太陽能是主要的可再生能源，但需要大規(guī)模的儲(chǔ)能技術(shù)存儲(chǔ)“備用能量”，以便在晚上或無風(fēng)的時(shí)候使用。之前，抽水蓄能和鋰電池是主要的儲(chǔ)能方式，分別存在成本高和儲(chǔ)能時(shí)間短的缺點(diǎn)。美、韓、中、日等國正在研制大型流電池和氫燃料電池，有望解決上述問題。
促進(jìn)健康類技術(shù)
治療癌癥和阿爾茨海默氏癥的新靶點(diǎn)、先進(jìn)的食品跟蹤和包裝技術(shù)能使人類更健康。
近年來，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種名為“本質(zhì)無序蛋白”（IDP）的特殊蛋白質(zhì)，一旦其不能正常工作，就會(huì)導(dǎo)致癌癥或神經(jīng)退行性疾病。隨著科學(xué)家對IDP的研究愈發(fā)深入，工業(yè)界開始關(guān)注以IDP為靶點(diǎn)的治療方法。IDP、Graffinity、Cantabio等制藥公司都在研究相關(guān)藥物，為治療癌癥、阿爾茨海默氏癥等疾病帶來新的手段。
據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，全球每年約有6億人食物中毒，其中42萬人死亡。新技術(shù)能夠有效緩解這一問題。IBM公司基于區(qū)塊鏈技術(shù)的云平臺(tái)IBMFoodTrust能夠幫助食品行業(yè)快速溯源有毒食品，而TimeStripUK和VitsabInternational等企業(yè)研制的帶有傳感器的食物標(biāo)簽，能夠幫助人們確定食品是否在適當(dāng)?shù)臏囟认聝?chǔ)存和是否開始變質(zhì)。
便利生活類技術(shù)
人類生活會(huì)因社交機(jī)器人和遠(yuǎn)程協(xié)同呈現(xiàn)技術(shù)更便捷。
人工智能技術(shù)使工程師能夠?qū)⑿睦砗蜕窠?jīng)科學(xué)轉(zhuǎn)化為算法，讓機(jī)器人能夠識(shí)別聲音、手勢、眼神和情緒等以適應(yīng)人們的需要。SoftbankRobotics開發(fā)的人形機(jī)器人Pepper足以識(shí)別人臉和基本情感，并通過“胸部”的觸摸屏對話，已經(jīng)用來提供酒店登記、機(jī)場客戶服務(wù)，擔(dān)當(dāng)購物助理等。此外，越來越智能的治療機(jī)器人和玩具機(jī)器人，對老年人和孩子也很有吸引力。
遠(yuǎn)程協(xié)同呈現(xiàn)技術(shù)能夠使不同地點(diǎn)的人克服空間的隔閡近距離接觸。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）及5G通信技術(shù)的發(fā)展使之成為可能。“X大獎(jiǎng)”基金會(huì)已經(jīng)發(fā)起了1000萬美元的“ANA阿凡達(dá)”大獎(jiǎng)賽，旨在“將人的感覺、行動(dòng)和存在實(shí)時(shí)傳送到一個(gè)遙遠(yuǎn)的位置，從而帶來一個(gè)更為緊密的世界”。微軟等公司也在進(jìn)行相關(guān)研究。未來3—5年內(nèi)，遠(yuǎn)程協(xié)同呈現(xiàn)技術(shù)將迎來突破。
顛覆創(chuàng)新類技術(shù)
以金屬為材料的微型透鏡和以DNA為載體的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是榜單中最具顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新。
一想到鏡頭材料，人們最先想到的就是玻璃，誰能想到金屬？但傳統(tǒng)的玻璃切割和玻璃彎曲技術(shù)很難制造出微型透鏡，這限制了光學(xué)產(chǎn)品的小型化。現(xiàn)在，科學(xué)家使用金屬替代玻璃制造透鏡，并且發(fā)現(xiàn)金屬透鏡無需分層就能消除色差，在解決散光等導(dǎo)致圖像失真和模糊的像差問題上也有所突破。金屬透鏡使設(shè)計(jì)、制造微型光學(xué)器件成為可能。
人類正面臨嚴(yán)重的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。到2020年，全球每年需要4180億個(gè)1TB容量的硬盤才能容納全部數(shù)據(jù)。相比之下，一個(gè)邊長約1米的DNA立方體就足以容納等量數(shù)據(jù)。事實(shí)上，DNA數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)并不遙遠(yuǎn)。2017年，哈佛大學(xué)的研究人員將一只手的圖像記錄到了大腸桿菌的基因組中。華盛頓大學(xué)和微軟研究院的研究人員已經(jīng)開發(fā)出一個(gè)完全自動(dòng)化的系統(tǒng)，用于編寫、存儲(chǔ)和讀取DNA編碼的數(shù)據(jù)。