前段时间,美国发布了一份长达35页的《2016-2045年新兴科技趋势报告》,这份报告汇聚了美国政府机构、咨询机构、智囊团和科研机构过去五年内发表的32份科技趋势相关研究报告的精华。该报告的发布旨在帮助美国相关部门全面把握未来30年可能影响国家力量的核心科技,同时为国家及社会资本指明科技投资方向,确保美国在未来世界中保持战略优势。
1. 物联网 Internet of Things (IoT)
到2045年,业界最保守的预测也揭示了一个惊人的数字:将有超过1千亿的设备接入互联网,涵盖移动设备、可穿戴设备、家用电器、医疗设备、工业探测器、监控摄像头、汽车乃至服装等各个领域。这些设备生成和分享的海量数据,预示着工作和生活领域即将迎来一场深刻的信息革命。
通过物联网提供的信息,人们将能够更深入地认识世界与自我,进而作出更明智的决策。与此同时,物联网将实现众多工作的自动化,包括监视、管理和维修等原本依赖人力的任务。物联网、数据分析与人工智能的协同作用,将构建出一个庞大的智能机器网络,实现无数商业交易的自动化处理,无需人工介入。
然而,物联网的发展也带来了网络安全和个人隐私方面的严峻挑战。恐怖分子、犯罪团伙和敌对势力可能将物联网作为新的攻击手段。同时,物联网中蕴含的大量数据也可能引发政府对民众实施监控的诱惑,进一步加剧隐私与安全之间的冲突。因此,在享受物联网带来的便利与效率的同时,我们也必须警惕其潜在的风险,并积极寻求解决方案以确保网络空间的安全与稳定。
代表性技术:微电子机械系統 ( MEMS ) ;无线通讯;电源管理技术
实际应用:海量数据分析;亚洲物联网联盟;医疗实时监测
2. 智能手机与云端计算
智能手机与云端计算的融合正悄然改变人类与数据的互动模式。以美国为例,如今已有约30%的网页浏览和40%的社交媒体活动是通过手机完成的,这一趋势得益于智能手机内置的多样化探测器,能够测量天气、位置、光度、声音乃至生物特征。
随着手机功能的日益强大和全面化,移动网络的覆盖也将进一步加速。预计到2030年,全球将有75%的人口享受移动网络连接,而60%的人口将拥有高速有线网络连接。
移动终端的迅猛发展和移动网络的广泛普及,必将推动云端计算的飞速进步。云端计算为用户提供了无需额外投入即可获得强大计算能力的便利。在未来30年里,基于云的移动计算将深刻改变医疗、教育等各行各业的面貌。
例如,人们可以通过手机进行体检并与云端诊断软件实时交流,轻松获取健康建议;学生可以在手机上使用教育软件学习新技能,实现个性化学习;农民则能通过手机连接实时气象数据,利用云端软件精准计算最佳收割时间,提高农业生产效率。
然而,这一切的实现都离不开高度安全的网络环境、可靠的连接以及充足的流量支持。商业用户和个人用户都需要逐渐适应并习惯将数据上传到云端,共同构建一个高效、安全的数字化未来。
代表性技术:高效无线网络;近场通信与低能耗网络;电池优化
实际应用:数据流动性;移动端恶意软件;云端移动处理㗊
3. 社交网络 Social Network
如今,社交网络已深入美国人的生活,约有65%的美国人活跃其中,而在2005年,这一比例仅为7%。社交网络的崛起不仅改变了人们的日常交流方式,更预示着其未来三十年将赋予人们塑造各自微型文化圈的力量。
随着科技的进步,人们将利用这些工具构建基于网络社区的社会契约和社交结构,从而重塑传统权力格局。政治舆论领域将发生深刻变革,目击者能够直接在网络上揭露腐败和压迫,无需经过媒体筛选,这使得政府难以直接操控公众意见。在企业责任方面,社交网络为企业与消费者搭建了直接沟通的桥梁,消费者得以突破营销噪音,要求企业对产品和行为负责。
众筹和直播的兴起将进一步推动内容创作的民主化进程,媒体人与观众之间的界限逐渐模糊。而比特币等加密货币的出现,则可能将货币和交易的控制权从政府手中剥离,使经济活动更加依赖于社会共识而非政府规定。这些变革将共同塑造一个更加多元、开放和自由的未来社会。
代表性技术:区块链技术;应用社会科学;网络身份与名誉管理
实际应用:区块链技术的商业应用;社交媒体与心理健
4. 网络安全 Network Security
网络安全并非新近的议题,早在1991年便有人预警过“网络上的珍珠港”风险。然而,在即将到来的三十年里,随着物联网的蓬勃发展和万物互联时代的到来,网络安全将跃居网络行业的核心议题。
目前,尽管网络攻击事件层出不穷,它们大多局限于个人或企业层面,其影响尚属可控。但未来的世界将更加复杂多变。随着汽车、家电、电厂、路灯等数百万计的物体相互连接,网络攻击可能带来的后果将愈发严重。国家、企业以及个人的数据安全将面临前所未有的挑战,攻击手段也将愈发隐蔽,有些甚至可能在数年之后才被察觉。
人们如今所能想象的最坏情况,莫过于“网络世界末日”——在日益疯狂且频繁的攻击下,全球互联网及其承载的经济社会功能陷入崩溃。因此,我们必须高度重视并加强网络安全建设,以应对这一潜在的全球性危机。
代表性技术:用户身份鉴定技术;自我进化型网络;下一代解密技术
实际应用:美国网络司令部;Oceans 00001011;网络隐私与安全
5. 数据分析 Data Analysis
2015年,人类创造了惊人的4.4ZB(即44亿TB)数据,这一数字预计每两年将实现翻倍增长。这些数据中蕴藏着关于消费习惯、公共健康、全球气候变化以及经济、社会和政治等诸多领域的深刻洞察。然而,尽管“大数据”已成为热议话题,每年被分析的数据仍不足10%,大量信息尚待挖掘。
在未来的30年里,我们处理海量动态数据的能力将持续提升。自动人工智能软件将能够从繁杂的数据中精准识别并提取有价值的信息。这种数据分析能力将不仅局限于商业应用,更将普及到普通民众手中。
届时,人们将能够运用大数据力量,对政府及机构的政策进行监督和问责。然而,这也可能引发关于数据限制的激烈冲突。超级个性化营销、政府对个人数据的监控,以及频发的数据泄露事件,都将激起对数据所有权的广泛讨论。敌对势力甚至可能利用盗取、购买或开源的数据进行相互攻击,进一步加剧数据安全的挑战。因此,在享受大数据带来的便利与机遇的同时,我们也必须警惕其潜在的风险,并积极寻求平衡发展与安全的解决之道。
代表性技术:可视化;自动化;自然语言处理
实际应用:深度学习超级计算机;犯罪预测;新加坡国家智能平台
6. 机器人与自动化系统 Robotics and Autonomation System
到2045年,地球将步入一个机器人与自动化系统无处不在的新纪元。自动驾驶汽车将极大提升交通安全性与效率,并有望为共享经济注入新的活力。在日常生活中,机器人将承担起照顾老人、购物等重任,同时在工业领域,它们将负责收获农作物、维护公共设施等任务,极大地解放了人力。
随着机器人机动性、灵敏度及智能的不断提升,它们将逐渐成为战场上的得力助手,甚至可能替代人类士兵执行作战任务。而在商业领域,人工智能软件将发挥巨大作用,从海量数据中提取有价值信息,实现商业服务自动化,并逐步取代一些传统意义上“以人为本”的职业,如客服、教师等。
然而,机器人与自动化的普及也将带来一系列危机。数百万工作岗位被机器取代,将导致大量下岗职工,给社会带来巨大冲击,可能引发经济与社会的不稳定。此外,自动化网络系统将成为敌对势力攻击的主要目标,网络安全问题日益凸显。在冲突中使用机器人和自动化系统还可能引发严重的伦理和文化挑战,需要我们共同面对和解决。
代表性技术:机噐学习;传感器与控刷系統;人机交互
实际应用:AlphaGo;机器人神经系统;微软聊天机器人Tay
7. 量子计算 Quantum Computing
量子计算是一种前沿技术,它借助叠加原理和量子纠缠等次原子粒子的特性,实现对数据的编码和高效操纵。尽管过去几十年里量子计算主要停留在理论层面,但近年来,这一领域的研究已取得了令人瞩目的成果。展望未来5至15年,我们极有可能见证具备实用价值的量子计算机的诞生。
量子计算机的潜在应用广泛而深远,尤其是在气候模拟、药物研发以及材料科学等领域,它将带来前所未有的进步。然而,最令人瞩目的或许是量子密码学的发展。一台强大的量子计算机将有能力破解当前所有的加密方式,但同时,量子加密也将成为真正无法破解的安全手段。
目前,量子计算机的技术难题正在逐一被攻克,尽管我们可能还需要等到21世纪40年代才能看到真正实用的量子计算机问世。但值得注意的是,政府和业界对量子计算的投入正在不断增加,这标志着量子计算技术已经跨越了一个重要的转折点,其发展前景令人充满期待。
代表性技术:量子纠错;量子编程;后量子密码学
实际应用:MIT量子益加研究;IBM云端量子计算服务;量子通讯卫星
8. 混合现实 Mixed Reality
虚拟现实 ( VR ) 和增强现实 ( AR ) 技术已在消费电子市场掀起热潮,各大科技公司纷纷抢滩登陆。继2014年收购 Oculus VR 后,Facebook 今年将推出首款 VR 眼镜,而三星、索尼、宏达亦不甘示弱,计划同期推出 VR 新品。资本的大量涌入预示着 VR 将成为新一代主流娱乐技术的趋势。
当然,VR 的应用不仅局限于娱乐领域。以美国第二大家居装饰用品公司 Lowe’s 为例,他们正在研发名为 Holoroom 的 3D 增强现实技术,让客户能够设计空间并通过 Holoroom 进入 3D 模型,直观感受设计效果。
尽管历史上 VR 和 AR 市场曾有过虚高的预期,但如今的超高清显示、低价姿态位置探测器和高清视频内容已为混合现实技术奠定了坚实基础。展望未来30年,这些技术将逐渐融入主流,AR 眼镜将实时为用户提供相关信息,而 VR 眼镜则通过融合视觉、听觉、嗅觉和触觉,带来深度沉浸的体验。
代表性技术:消费级硬件;沉浸式体验;交互技术
实际应用:谷歌Cardboard;混合现实软硬件巿场规模预测;手术现场流媒体直摇
9. 增材制造 Additive Manufacturing
增材制造,即我们常说 3D 打印技术,已经在工业界作为限量设计原型的制造工具使用了三十余载。然而,近十年来的技术进步令人瞩目。随着 3D 打印机价格的亲民化,以及开源工具和付费模型的涌现,全球范围内形成了一个庞大的“创客”社群,他们不断挑战着这项技术的边界。
展望2040年,3D 打印技术将引领一场深刻的变革。新一代 3D 打印机将具备融合多种材料、电子元件、电池等组件的能力。届时,人们将能够利用这项技术制造工具、电子产品、备用零件、医疗设备等各种产品,实现真正的“私人订制”,满足个性化需求。
在军事领域,3D 打印将极大简化后勤工作。装备和补给可以在当地直接打印,极大地提高了作战效率。然而,这也带来了新的问题。物体将逐渐转化为信息,网络盗版可能替代现实偷窃成为新的安全隐患。同时,恐怖分子和犯罪集团可能会利用难以追踪的原材料打印武器、探测器等装备,给社会安定带来极大的威胁。因此,在享受 3D 打印技术带来的便利的同时,我们也需要警惕其潜在的风险,并寻求相应的防范措施。
代表性技术:速度、尺寸、可靠性增强;全新合成材料;生物打印
实际应用:多材料3D打印;3D打印人行天桥;外科生物墨水
10. 能源 Energy
展望未来三十年,全球能源需求预计将以惊人的35%速度增长,我们正站在一场深刻的能源革命的风口浪尖。新型采油技术,如水力压裂和定向钻,正为人类揭示大量潜藏的油田和气田,这一突破已深刻改变了世界石油市场的格局,使美国从石油进口的巨擘转变为生产的领头羊。
与此同时,可再生能源的崛起也势不可挡。太阳能和风能等清洁能源的价格已逐渐逼近传统石油,尤其是太阳能,过去十年间,其发电成本从每瓦高达8美元骤降至十分之一。此外,核能作为另一种备受争议但研发从未停歇的能源形式,新一代核反应堆的设计承诺将带来更高的安全性和更少的核废料产生。
然而,清洁能源的广泛应用虽有助于减缓全球气候变化,但随之而来的问题亦不容忽视。稀有资源的争夺将成为新的焦点,涉及电池、光伏等关键组件的生产。同时,石油经济的逐渐衰退也可能在中东和北非地区引发严重的经济和社会动荡,进一步加剧当地的武装冲突。因此,我们在迈向清洁、可持续能源的未来时,必须谨慎应对这些挑战,确保转型过程平稳且可持续。
代表性技术:高效太阳能;电池技术;能源收集
实际应用:新能源占比提高;高效氫燃料电池;原油价格下跌
11. 食物与淡水科技 Food and Freshwater Technology
展望未来三十年,淡水和食物的短缺将成为全球冲突的重要诱因。目前,全球约四分之一的农地已因过度耕作、干旱和污染等因素遭受严重退化,形势严峻。
在接下来的几十年里,即便是在最乐观的预测下,主食谷物的价格也将上涨30%。然而,如果全球气候变化、需求激增和资源管理不善的趋势持续下去,价格翻倍也并非不可能。
到2045年,全球超过四成的人口将面临水源匮乏的困境。面对这些挑战,科技将成为我们解决问题的关键。
海水淡化、微型灌溉、污水回收和雨水收集等先进技术将有效缓解人类对淡水资源的渴求。同时,基因改造农作物和自动化技术的应用将帮助农民在有限的土地上实现更高的产量。食物和淡水将成为科技创新的热点,同时也可能成为新的冲突焦点。因此,我们必须加快科技创新步伐,以应对即将到来的挑战。
代表性技术:农业技术;水资源循环与回收;可替代食物来源
实际应用:农业无人机;从露气中取水;垂直农业
12. 先进数码设备 Advance Digital Equipment
在过去的六十年里,计算机和各种数码设备为我们的生活带来了翻天覆地的变革,以至于我们几乎忘记这些技术其实尚属新生。1975年,个人电脑才初次亮相于商店,当时它们如同今日的宜家产品,以零件形式出售,用户需自行组装,所有程序亦需自编。然而,仅过了四十年,我们手中的智能手机所具备的计算能力,已远超1969年将宇航员送上月球的 NASA 。展望未来三十年,这一趋势仍将延续。
我们将拥有更强大的计算能力和更丰富的数码资源。移动网络和云计算将赋予我们近乎无限的内存与计算能力。虚拟技术和基于软件的系统将使政府和企业能够迅速调整与升级IT系统,而无需进行昂贵的硬件更新。
从衣物到建材,数码产品将更深入地融入我们的日常生活。同时,新科技也将改变我们与科技之间的互动方式。语音界面已在智能手机中广泛应用,而姿势界面则允许我们以无声的方式与计算机沟通。最终,人脑-电脑界面的实现将使我们能够用思想控制数码设备,使它们成为我们身体的一部分。
代表性技术:软件定义一切;自然用户界面;脑机接囗
实际应用:聊天机器人;Neuroverse脑波监测;软件定义网络
13. 合成生物科技 Synthetic Biology
在孟德尔发现遗传基础规律,以及埃弗里、麦克劳德和麦卡蒂通过实验证明 DNA 是遗传物质之前,人类已经凭借智慧,历经数千年,通过选择性育种和杂交来巧妙操纵植物与动物的遗传基因。
随着我们对遗传学的理解日益加深,科技的力量使得我们能够搭建全新的 DNA 序列,创造出前所未有的生物。而基因改造农作物便是这一领域的先行者。然而,我们正站在一场波澜壮阔的生物革命的起点,当生物科技的新纪元到来时,生命将如同电脑程序的代码,转变为可编辑的信息。
科学家们正在研究一种能够分泌生物柴油的海藻,其 DNA 中融入了数千GB的数据。展望未来三十年,合成生物科技将为我们带来能够检测毒素、利用工业废料制造生物柴油,以及通过共栖方式为人类提供药物的生物。然而,合成生物也伴随着巨大的风险,如生物武器和难以控制的入侵物种等,这些都是我们必须警惕并努力防范的挑战。
代表性技术:建模与仿真;标准化DNA;DNA合成与测序
实际应用:编辑胚胎细胞;遗传编程;工业级合成生物学
14. 太空科技 SpaceTech
太空行业正在进入一个从上个世纪60年代后就从未出现过的发展阶段。新的科技,比如机器人,先进的推进系统,轻便的材料,增加制造,以及元件小型化正在减少把人和物送入太空的价格,而这则会开启太空探险的新机会。
SpaceX,Arianespace,Blue Origin 等太空行业的新人已经带来了例如可回收火箭等颠覆式创新。
在未来的30年里,科技的研发将会带领人类将重返月球。在此之外,更加伟大的探险,比如人类登录火星也是,以及新型基于太空的行业,比如在开采小行星中的矿物也都有可能出现。
虽然探索甚至殖民太空是现代人来长久的梦想,但是对太空设施的需求很有可能加大地球上的冲突。随着更多的国家开始依赖天基设备,对太空的控制将有可能成为一个全新的爆发点。天基武器不再是不可能,而反卫星也将成为未来战争的一部分。
15. 先进材料 Advanced Materials
近十年来,材料科学领域取得了众多突破,为我们带来了多种前沿材料。这些创新不仅包括能够自我修复和清洁的智能材料,还有能够恢复原状的记忆金属,以及通过压力发电的压电陶瓷材料。尤为值得一提的是纳米材料,其惊人的结构和电力性能使其具有广阔的应用前景。
当材料进入纳米尺度(即小于100纳米)时,即便是常见的材料如碳,也会展现出非凡的特性。以石墨烯为例,这种由单层碳原子构成的二维晶体,其强度高达钢的百倍,同时具备出色的热电传导性能,且几乎完全透明。
纳米材料的应用潜力无穷无尽。它们可作为引擎和机械表面的低摩擦镀膜,用于制造高强度合成材料以构建汽车和飞机,甚至用于制作轻便的防弹背心。此外,纳米材料还是高效的光伏材料,为可再生能源领域带来了革命性的突破。
除了工业应用,制药企业也在积极探索纳米材料在医疗领域的应用。例如,医疗纳米粒子作为靶向分子,可用于精准治疗癌症。展望未来三十年,纳米材料以及其他新型材料,如泡沫金属和陶瓷复合材料,将广泛应用于各个领域,从日常衣物到建筑材料,再到交通工具和基础设施,无所不在。
参考资料:半导体产业纵横
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