液体活检、隔空取水、人工树叶…这是世界经济论坛评选的十大新兴技术

摘要: 液体活检癌症诊疗方法,从空气中提取饮用水技术,能将二氧化碳转化为燃料的“人工树叶”等一系列突破性技术入选世界经济论坛评出的“2017年度全球十大新兴技术榜单”。

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世界经济论坛在本届夏季达沃斯论坛期间发布了"2017年度全球十大新兴技术榜单(Top 10 Emerging Technologies 2017)",其中包括液体活检,从空气中提取饮用水技术,能将二氧化碳转化为燃料的“人工树叶”等一系列突破性技术入选。

该榜单由世界经济论坛与《科学美国人》杂志的专家委员会联合评选。他们把“能否在解决全球重大挑战中发挥作用”视为评选的首要标准,入选的新型技术在改善生活质量、促进产业转型和保护地球环境等方面,都具有巨大潜力。

在评估了入选技术的成熟程度后,评选委员也将在未来的3至5年内助其推广,以下是入选榜单的十大新兴技术:

1. 液体活检

随着对肿瘤研究的深入,科学家发现在癌症的诊断和治疗过程中组织活检技术有一定的局限性。首先,组织活检的滞后性。其次,肿瘤具有异质性,对于癌细胞已经发生转移的患者而言,仅取某个部位的肿瘤组织,并不能反映患者的整体情况,但对所有的肿瘤组织都取样检测又不切实际。

此外,部分患者不适合做组织活检,受到手术的扰动之后,有些肿瘤有加速转移的风险,这不利于患者的治疗。

液体活检可以通过血液或者尿液等对癌症等疾病做出诊断。目前液体活检的主要检测物包括检测血液中游离的循环肿瘤细胞(CTCs),循环肿瘤DNA(ctDNA)碎片,循环RNA(Circulating RNA)和外泌体(携带有细胞来源相关的多种蛋白质,脂类,DNA,RNA等)。其中,ctDNA,RNA和外泌体是肿瘤细胞自身分泌或死亡时释放的物质。

液体活检技术性价比高,通过非侵入性取样,不仅可大幅降低癌症诊断与护理难度,还能提前癌症的诊断时间,有效延长患者生存期。《麻省理工大学科技评论》将该技术评选为“2015年十大突破技术”。

2. 从空气中提取饮用水

运用无需接入电网的太阳能技术生产清洁水,其实不是一种初创技术。但要实现“隔空取水”,必须有高湿度的空气与足够的电力。

比如以色列的内盖夫沙漠,年平均空气相对湿度为64%,这就意味着在每立方米的空气中含有11.5毫升的水。如果可以实现从空气中汲取水分并加以收集,无疑能够有效地缓解淡水的短缺。然而这一过程通常需要在较高的空气湿度下完成,并伴随着大量能耗,这在成本上是得不偿失的。

理想的汲水系统应该在尽可能低的能量损耗以及较低的空气湿度时仍旧可以完成水汽吸收与释放过程,并利用太阳能、风能等自然资源作为供能基础,这些特点对于应对那些日照时间长、气候干燥地区的缺水状况具有重要的实际意义。

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太阳能“饮水机”及其工作原理。图片来源:MIT / Science

近日,美国麻省理工学院Evelyn Wang教授和加州大学伯克利分校Omar Yaghi教授等人将一种多孔的金属有机骨架(MOF)负载于薄层铜板上,并置于太阳能吸收单元与冷凝板之间,所得的装置仅靠太阳能就可从空气中取水。在空气湿度很低时,这种神奇的太阳能“饮水机”仍能正常工作。

实验证明,无须提供额外的能量,在自然阳光下毎公斤MOF每天能从湿度为20%的空气中汲取约2.8升水。这一研究成果发表于顶尖科学期刊《科学》上。

3. 人工智能图像识别技术

深度学习使机器练就了“好眼力”。在一张图像面前,人工智能的观察分析能力正在超越医生等人类专家的解读,该技术也被应用在无人驾驶、事故后的保险评估及监控水平面等领域。

4. 人工树叶

这一技术可将二氧化碳转化为液体燃料等其他物质。

科学家们始终想模仿光合作用原理制成人工树叶,作为未来的燃料电池。但过去使用的铂催化剂太过昂贵,成本成了科研应用的障碍。

哈佛大学能源科学教授丹尼尔·诺塞拉(Daniel Nocera)及其同事设计了一种能将太阳光、二氧化碳和水转化为液体燃料的系统。在使用纯二氧化碳的条件下,该系统的转化效率可达到10%,即能够捕捉十分之一的太阳能并将其转化为燃料,远高于自然界植物的光合作用的效率(1%),这很可能会成为人工光合作用取代化石燃料进程的里程碑。

搭载该系统的硅太阳能电池看上去就像一片叶子,两侧有不同的催化剂,原来放置铂催化剂的地方被镍钼锌化合物替代。当人工树叶被水覆盖,并放置在阳光下时,将模仿光合作用,自动将水分解为氧气和氢气。
人工树叶。图片来源/funbugi.com

人与太阳能电池板相比,人工树叶不仅占地面积小,而且不需要电池储存能量,供电效率更高,使用起来更方便。图片来源/funbugi.com

5. 人类细胞图谱 

这项名为“人类细胞图谱Human Cell Atlas”的国际合作旨在破译人体各种细胞类型的详细功能。

该项目由Facebook的小扎和他妻子共同成立的基金会Chan Zuckerberg Initiative发起,将在未来十年内投入30亿美元的巨额资金来帮助科学家们攻克世界上最主要的疾病,其中一个重要项目就是“人类细胞图谱” (the Human Cell Atlas)。该项目将绘制遍布在各组织和器官中所有人类细胞的类型和特性,构建健康人体的参考图。

6. 精密农业

“精密农业”指的是,在作物生长过程中,利用先进科技手段,通过传感器、GPS与成像等技术获取实时数据分析,进而提高农业产量。
大疆在北京低调发布了一台农业植保无人机 MG-1S

大疆农业植保无人机 MG-1S

比如,农业无人机可以用于监测作物健康和收集数据,通过让种植者清楚地知道何时何地浇水、施肥或喷洒农药,提高种植效率和生产力。无人驾驶飞行器也能够很快发现需要注意的患病牲畜。

7. 物美价廉的新能源汽车

新能源汽车领域正在蓬勃发展。世界经济论坛认为,减少燃料电池催化剂中的铂用量将有助于将氢动力汽车推向大众市场。

8. 基因疫苗

基因疫苗是在基因治疗(genetic therapy)技术的基础上发展而来的。它指的是,将编码外源性抗原的基因插入到含真核表达系统的质粒上,然后将质粒直接导入人或动物体内,让其在宿主细胞中表达抗原蛋白,诱导机体产生免疫应答。抗原基因在一定时限内的持续表达,不断刺激机体免疫系统,使之达到防病的目的。

简而言之,这种由DNA或RNA合成的非蛋白疫苗,可促进人体免疫力提升,预防传染性疾病扩散。

9. 可持续发展的生活社区

什么才是好的生活?我们要如何借助现有的技术,建造一个“可持续发展”的社区?
rEvolve小楼。图片来源/vcaf

rEvolve小楼。图片来源/vcaf

环保居所的设计不只是为一座房子装上太阳能发电板。加州大学伯克利分校团队在一项名为Solar Decathlon的比赛中,为一幢170平方英尺的小房子设计了一套环保系统。

这幢叫rEvolve的小房子是由节能结构绝缘面板造成的,房子有8个330瓦的太阳能电池板,能把能量储存在盐水电池,并通过旋转太阳能跟踪环来跟随太阳和最大化太阳能效率。rEvolve小房子还获得了其他8个类别的而奖项,包括“最佳综合照明”和“最佳厨房设计”奖。

10. 量子计算

这项技术的发展将为解决新生问题提供有力支持。

量子计算在通信、航空、天气气候、制药生物科技等方面,具有诱人的吸引力。在中国这个市场最大、资源最雄厚的地方,量子通信的研究、应用方面所获得的成就全面领先于其他国家地区。除了墨子号的发射之外,现在,北京和上海之间建造的长约2000公里的“京沪干线”是世界上第一条量子通信网络。

事实上,量子计算同样能够推动人工智能和机器学习等的演化进步,从而实现高科技技术之间的协同效应。

钛媒体此前的文章《100年量子计算风云史,“量子比特”何时统治世界?| 技术特稿》就曾预测,量子计算决定了包括特斯拉、Google、微软、Amazon、Facebook等公司在未来的发展方向和趋势。
量子卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功升空。 (拍摄:Reuters/China Daily)

量子卫星“墨子号”在酒泉卫星发射中心成功升空。 (拍摄:Reuters/China Daily)

《科学美国人》杂志主编Mariette DiChristina表示:“科学是一项全球事业,有雄心与能力解决人类面临的最紧迫问题。170多年来,《科学美国人》一直在科学进步领域进行权威报道。我们很荣幸能与世界经济论坛合作评选年度全球十大新兴技术,并揭示这些技术对世界的深远影响。”

世界经济论坛第四次工业革命中心负责人Murat Sönmez表示,“新兴技术正以前所未有的规模改变着全球行业格局。行业边界变得模糊,全新机遇从中涌现。公共与私营部门必须制定相应政策,建立新型合作关系,促进创新技术更好地服务人类未来,同时避免陌生技术可能对人类造成的隐患。”(本文首发钛媒体,记者/元婕)

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元婕
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评论(3

  • xzavier xzavier 2017-07-02 20:40 via iphone

    都很引人注目

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  • 匿名用户 匿名用户 2017-07-01 02:47 via h5

    都是很好的技术,真心希望各个政治团体,利益集团能够放下眼前的分歧,不要在乎眼前的利益和特权,把精力集中到发展新能源,材料学,新型通信技术,人工智能,神经医学,以及深空探索上来,人类从工业革命以来科技正以前所未有的爆炸性速度发展,如果全人类能够摒弃前嫌共同努力,不需要太久一个全新的世界将会展现在人类面前!

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  • Darren13 Darren13 2017-06-30 04:26 via iphone

    早点应用于生活

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Oh! no

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