1.燃料電池汽車
燃料電池與蓄電池不同，不需要外接充電，只需使用氫氣和天然氣等燃料，便能直接產(chǎn)生電力。在使用中，燃料電池和蓄電池相互配合開展工作，燃料電池負(fù)責(zé)產(chǎn)生電力，蓄電池則負(fù)責(zé)存儲(chǔ)電力。因此，燃料電池汽車屬于混合動(dòng)力汽車，且很有可能配備回饋制動(dòng)系統(tǒng)。
燃料電池汽車的性能可媲美任何傳統(tǒng)燃料汽車。燃料電池汽車巡航里程長，一箱燃料高可供行駛650公里(燃料通常為壓縮氫氣)，而加滿一箱氫燃料僅需3分鐘。氫氣是清潔燃料，水蒸氣是其燃燒產(chǎn)生的唯一排放物，因此，以氫氣為燃料的燃料電池汽車將可做到零排放。
大規(guī)模生產(chǎn)低價(jià)氫氣并非易事，而氫氣輸送基礎(chǔ)設(shè)施匱乏也是一個(gè)重大挑戰(zhàn)。我們須像汽柴油加油站一樣大力建設(shè)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，并終取代汽柴油加油站。目前，氫氣的遠(yuǎn)距離運(yùn)輸，哪怕是在壓縮的狀態(tài)下，在經(jīng)濟(jì)上并不可行。好在新型氫氣存儲(chǔ)技術(shù)，比如不需要高壓存儲(chǔ)的有機(jī)液體運(yùn)輸裝置等，會(huì)很快降低遠(yuǎn)距離運(yùn)輸成本，并減少氣體存儲(chǔ)以及泄漏存在的風(fēng)險(xiǎn)。
2.下一代機(jī)器人
機(jī)器人技術(shù)的進(jìn)步，逐漸使人機(jī)協(xié)作成為一種日常可見的現(xiàn)實(shí)。性能更強(qiáng)、造價(jià)更低的傳感器使得機(jī)器人能更好地洞察周邊環(huán)境并做出反應(yīng)。設(shè)計(jì)師從人手等復(fù)雜生物結(jié)構(gòu)出色的靈活性中汲取了靈感，制造出應(yīng)變能力越來越好、越來越靈活的機(jī)器人。此外，受益于云計(jì)算革命的發(fā)展，機(jī)器人互聯(lián)程度日益提高，可以遠(yuǎn)程獲得指令和信息，不再需要編程為全自動(dòng)型機(jī)器。
隨著機(jī)器人新時(shí)代的到來，這些機(jī)器人逐步走下大型制造業(yè)的流水線，走向更為多樣的工作崗位。通過使用衛(wèi)星定位技術(shù)，機(jī)器人能像智能手機(jī)一樣，用來協(xié)助除草和收割，推動(dòng)農(nóng)業(yè)作業(yè)精密化。日本已經(jīng)開始了機(jī)器人護(hù)士的試點(diǎn)，這種機(jī)器人能幫助病人下床，撐扶中風(fēng)患者，幫助患者恢復(fù)對(duì)四肢的控制。
體積更小、更為靈活的機(jī)器人也相繼問世，這些機(jī)器人可以便捷地進(jìn)行編程，處理一些人工干起來費(fèi)力或感覺不適的制造類工作。
3.可循環(huán)利用的熱固性塑料
塑料分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱固性塑料只能一次性加熱、一次性成型。加熱后，熱固性塑料分子發(fā)生改變，經(jīng)過了硬化，哪怕經(jīng)受高溫、高壓，其形狀和強(qiáng)度也會(huì)保持不變。
熱固性塑料自身的特性使其在現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺，但同時(shí)也使得它們無法循環(huán)利用。終，大部分熱固性聚合物只能變?yōu)槔M(jìn)行填埋。
2014年，這一領(lǐng)域迎來了重大進(jìn)展，《科學(xué)》雜志刊發(fā)了一篇具有里程碑意義的文章，宣布發(fā)現(xiàn)了一種可循環(huán)利用的新型熱固性聚合物。這種名為聚六氫三嗪(簡(jiǎn)稱PHT)的聚合物可放入強(qiáng)酸中溶解，從而打破聚合物關(guān)聯(lián)，分離出單體部分，然后重新組合為新產(chǎn)品。
我們希望可循環(huán)利用的熱固性聚合物能在5年內(nèi)取代不可循環(huán)利用的熱固性塑料，到2025年時(shí)在新生產(chǎn)的產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)全面覆蓋。
4.精密基因工程技術(shù)
傳統(tǒng)基因工程一直飽受爭(zhēng)議。然而，新技術(shù)正在興起，使我們可以直接編輯植物的遺傳密碼，以提高植物營養(yǎng)成分、更好地適應(yīng)氣候變化等。
這些技術(shù)包括鋅指核酸酶(ZFNs)、轉(zhuǎn)錄激活因子樣效應(yīng)物核酸酶(TALENS)和近期推出的可在細(xì)菌中演化為病毒防御機(jī)理的CRISPR-Cas9系統(tǒng)。這種系統(tǒng)使用核糖核酸分子來鎖定目標(biāo)DNA，并在目標(biāo)基因組中按照一組已知的、用戶選定的序列進(jìn)行剪切。這樣，便能抑制不需要的基因，或者將該基因進(jìn)行改良，使其發(fā)揮出與自然變異別無二致的功用。通過采用同源重組的辦法，CRISPR也可用于精確地向基因組中植入新的DNA序列乃至完整的基因。
基因工程另一個(gè)有望取得重要進(jìn)展的領(lǐng)域是將核糖核酸干擾技術(shù)(RNAi)用到農(nóng)作物身上。核糖核酸干擾可有效預(yù)防病毒和真菌病原體，保護(hù)植物免受病蟲害，減少對(duì)化學(xué)殺蟲劑的需求。病毒基因已廣泛用于保護(hù)木瓜樹免遭環(huán)斑病毒侵害。以夏威夷為例，采用此法十多年來，并沒有出現(xiàn)病毒抗藥性增強(qiáng)的跡象。此外，核糖核酸干擾也能惠及主要糧食作物，預(yù)防小麥稈銹病、稻瘟病、馬鈴薯晚疫病、香蕉枯萎病等。
5.增材制造技術(shù)
增材制造技術(shù)是與減材制造完全相反的工藝。增材制造技術(shù)先從液體或粉末等碎料著手，然后再利用數(shù)字模板，將碎料打造成三維形狀。
與批量生產(chǎn)不同，3D產(chǎn)品可以根據(jù)終端用戶需求，實(shí)現(xiàn)高度的個(gè)性化。例如，美國隱適美公司(Invisalign)就利用顧客牙齒的電腦造影，制作出貼合顧客嘴部結(jié)構(gòu)的牙齒矯形儀。還有一些醫(yī)學(xué)應(yīng)用正引領(lǐng)3D打印朝生物科學(xué)的方向邁進(jìn)：如今，通過直接打印人體細(xì)胞，已有望制作出活體細(xì)胞，在藥物安全篩查和終的細(xì)胞修復(fù)與再生等方面開發(fā)出有潛力的應(yīng)用。在生物打印領(lǐng)域，打印肝細(xì)胞層的美國生物技術(shù)公司Organovo是一個(gè)先行者，其打印的細(xì)胞層主要用于進(jìn)行藥物測(cè)試，且終可能會(huì)用于制作移植用人體器官。生物打印已經(jīng)被用于制作皮膚、骨骼、心臟和血管組織。
增材制造技術(shù)的下一個(gè)重要階段將會(huì)是以3D技術(shù)打印線路板等集成電子元件。然而這種辦法很難打印處理器等納米級(jí)電腦配件，因?yàn)橐獙⒂酶鞣N不同材質(zhì)制作而成的不同電子元件組合為一體并不容易?，F(xiàn)在，4D打印有望帶來新一代的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品可根據(jù)溫度和濕度等環(huán)境變化自行調(diào)整。這可用于服裝、鞋類以及一些醫(yī)療產(chǎn)品，如旨在改變?nèi)梭w機(jī)能的植入物等。
6.自然發(fā)生的人工智能
簡(jiǎn)單而言，人工智能(AI)就是一門讓電腦來代替人類干活的科學(xué)。近年來，人工智能取得了重大進(jìn)展：我們大多數(shù)人手中的智能手機(jī)都能識(shí)別人類的語言，很多人都在機(jī)場(chǎng)邊檢排隊(duì)時(shí)體驗(yàn)過人臉識(shí)別技術(shù)。無人駕駛汽車和無人機(jī)正處于測(cè)試階段，尚未如外界所期待的一樣投入廣泛使用，但對(duì)于一些學(xué)習(xí)和記憶任務(wù)而言，機(jī)器肯定要強(qiáng)于人類。
與普通軟硬件相比，人工智能可幫助機(jī)器感知環(huán)境變化并做出應(yīng)對(duì)。自然發(fā)生的人工智能則在此基礎(chǔ)上更進(jìn)了一步，機(jī)器可通過消化海量信息進(jìn)行自動(dòng)學(xué)習(xí)。卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的永不停止的語言學(xué)習(xí)項(xiàng)目(NELL)便是一例。這套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不僅能查閱數(shù)以億計(jì)的網(wǎng)頁來讀取現(xiàn)成的材料，還能在此過程中主動(dòng)提高自身閱讀和理解能力，以求在未來進(jìn)一步提升表現(xiàn)。
與下一代機(jī)器人一樣，機(jī)器在某些任務(wù)的執(zhí)行上顯然要優(yōu)于人類。有鑒于此，完善后的人工智能將會(huì)帶來生產(chǎn)力的顯著提高。大量證據(jù)表明，無人駕駛汽車有助于減少道路交通中發(fā)生的碰撞和由此引發(fā)的人員死傷等問題，因?yàn)闄C(jī)器可避開人類容易犯的錯(cuò)誤，如注意力不集中、視覺誤差等問題。智能機(jī)器能在更短的時(shí)間內(nèi)獲得更多信息，并能不帶任何人類式的偏見去做出應(yīng)對(duì)，因而在疾病診療上或能完成得比醫(yī)學(xué)專家更為出色。當(dāng)前，腫瘤學(xué)上正在部署華生系統(tǒng)，來協(xié)助開展診療工作。
7.分布式制造技術(shù)
分布式制造技術(shù)將顛覆我們的產(chǎn)品生產(chǎn)方式和銷售方式。傳統(tǒng)制造業(yè)是把原材料收集起來，加以組裝，并在大型集中式的工廠中把產(chǎn)品制作成形，之后再原樣分銷至顧客手中。分布式制造技術(shù)則把原材料和生產(chǎn)方式分散化，而產(chǎn)品的終生產(chǎn)將在終端顧客的身邊完成。
從本質(zhì)上說，分布式制造技術(shù)的概念是盡可能多地用數(shù)字信息取代實(shí)體供應(yīng)鏈。以椅子制作為例，其流程是將有關(guān)椅子部件切割的數(shù)字方案發(fā)送到當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)中心，再用CNC刳刨機(jī)等由計(jì)算機(jī)控制的切割工具進(jìn)行切割，然后由顧客或當(dāng)?shù)氐闹谱鬈囬g進(jìn)行組裝，變?yōu)槌善贰Ｃ绹揖咂髽I(yè)AtFAB公司目前已經(jīng)采用了這一模式。
當(dāng)前，分布式制造技術(shù)在使用上高度依賴自助式的創(chuàng)客運(yùn)動(dòng)，即愛好者們利用本地的3D打印機(jī)、用本地的材料來生產(chǎn)產(chǎn)品。這當(dāng)中有開源思維的元素，即消費(fèi)者可以根據(jù)自身需求和喜好來制作個(gè)性化的產(chǎn)品。
分布式制造技術(shù)能使當(dāng)前一些模式化的物品變得更為多樣化，比如智能手機(jī)和汽車等等。產(chǎn)品的體積大小不成問題。英國FacitHomes公司已經(jīng)在用個(gè)性化的設(shè)計(jì)和3D打印來為客戶量身定制房屋。
8.能夠感知和躲避的無人機(jī)
近年來，無人駕駛飛行器，即無人機(jī)，已成為一國軍事實(shí)力的重要組成部分，但也引發(fā)了不少爭(zhēng)議。此外，無人機(jī)在農(nóng)業(yè)、航拍和其他許多頻繁需要低成本空中巡查工作的任務(wù)中也有廣泛應(yīng)用。但截至目前，這些無人機(jī)仍都有人類飛行員，只不過這些飛行員是在地面遠(yuǎn)程操控飛行器的飛行。
下一步，無人機(jī)技術(shù)將要開發(fā)可以自主飛行的機(jī)器，應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步拓寬。要做到這一點(diǎn)，無人機(jī)必須能感知周圍環(huán)境并做出應(yīng)對(duì)，調(diào)整飛行高度和飛行線路，避免與途中其他物品發(fā)生碰撞。在自然界中，鳥類、魚類和昆蟲均能成群結(jié)隊(duì)地集合在一起，每一只動(dòng)物幾乎都能與身邊的伙伴同步瞬時(shí)移動(dòng)，并以團(tuán)隊(duì)為單位飛行或游動(dòng)。無人機(jī)不妨對(duì)此加以模仿。
9.神經(jīng)形態(tài)技術(shù)
目前，哪怕的超級(jí)計(jì)算機(jī)，其復(fù)雜程度也無法與人腦相媲美。計(jì)算機(jī)是線性的，主要依靠高速中樞，在中央處理器和存儲(chǔ)芯片之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的來回移動(dòng)。相比之下，人腦則處于全方位的互聯(lián)狀態(tài)，人腦中的邏輯和記憶緊密關(guān)聯(lián)，其密度和多樣性均是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的數(shù)十億倍。神經(jīng)形態(tài)芯片旨在用與傳統(tǒng)硬件完全不同的方式處理信息，通過模仿人腦構(gòu)造來大幅提高計(jì)算機(jī)的思維能力與反應(yīng)能力。
近年來，計(jì)算機(jī)微型化使得傳統(tǒng)計(jì)算性能得到大幅提升，但存儲(chǔ)器與中央處理器之間數(shù)據(jù)的不斷移動(dòng)會(huì)消耗大量能源，產(chǎn)生多余熱量，這一瓶頸限制了計(jì)算機(jī)的進(jìn)一步改進(jìn)。相比之下，神經(jīng)形態(tài)芯片能效更高、性能更強(qiáng)，可將負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理的元件整合到同一個(gè)互聯(lián)模塊當(dāng)中。從這一意義上說，這一系統(tǒng)與組成人腦的數(shù)十億計(jì)的、相互連接的神經(jīng)元頗為相仿。
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。IBM公司2014年8月所公布的百萬神經(jīng)元級(jí)別的TrueNorth芯片，在執(zhí)行某些任務(wù)時(shí)，其能效可達(dá)傳統(tǒng)中央處理器的數(shù)百倍，首次與人腦的大腦皮層有了可比之處。神經(jīng)形態(tài)芯片計(jì)算能力顯著提高，能耗和體積卻要小得多，更為智能的小型機(jī)器或?qū)⒁I(lǐng)計(jì)算機(jī)微型化和人工智能的下一階段。
其潛在用途包括：可更好地處理和應(yīng)對(duì)圖像信號(hào)的無人機(jī)、更為強(qiáng)大、更為智能的相機(jī)和智能手機(jī)、有助于解讀金融市場(chǎng)奧妙或進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)的大規(guī)模數(shù)據(jù)透視。未來，計(jì)算機(jī)可以自主地進(jìn)行預(yù)測(cè)和學(xué)習(xí)，而不是僅僅按照預(yù)先編寫好的程序行事。
10.數(shù)字化基因組
人體基因組由32億個(gè)DNA堿基對(duì)組成，歷史上第一次對(duì)其排序時(shí)，花了數(shù)年時(shí)間，耗資高達(dá)數(shù)千萬美元。但今天，僅需幾分鐘，便可完成個(gè)人基因組的排序和數(shù)字化，花費(fèi)也僅需數(shù)百美元。所得數(shù)據(jù)可通過U盤傳輸?shù)焦P記本電腦上，隨后十分便捷地通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行共享。這種技術(shù)僅需很低的成本，便能瞬時(shí)探明我們每個(gè)人所獨(dú)有的遺傳結(jié)構(gòu)，將為進(jìn)一步推動(dòng)醫(yī)療個(gè)性化、改善醫(yī)療效果帶來一場(chǎng)革命。
人類健康所面臨的許多難對(duì)付的挑戰(zhàn)，不管是心臟疾病還是癌癥，都有著與之對(duì)應(yīng)的遺傳因素。有了數(shù)字化技術(shù)之后，醫(yī)生能通過觀察腫瘤的基因結(jié)構(gòu)來決定如何治療癌癥患者。同時(shí)，這一新知識(shí)也有助于制定具有高度針對(duì)性的療法，使精確用藥成為可能，從而改進(jìn)患者特別是癌癥患者的治療效果。
