2014年十大新興技術出爐 電網(wǎng)級電力儲存位列其中

世界經(jīng)濟論壇新興技術全球議程理事會每年發(fā)布一次的十大新興技術介紹了技術變革領域最新的重大趨勢。該理事會通過重點關注最為重要的突破性技術成果，宣傳其發(fā)展?jié)摿Σ⒅铝τ谙�除投資、監(jiān)管和公眾認知等方面的差距。2014年，理事會再次發(fā)布了可能改變未來社會狀況的十大新興技術。

2014年度的十大新興技術包括：

身體自適應可穿戴電子產(chǎn)品、納米碳復合材料、通過海水淡化提取金屬物質(zhì)、電網(wǎng)級電力儲存、納米線鋰電池、無屏顯示器、微生物藥物、RNA療法、量化自我(預測分析)、腦機接口技術

身體自適應可穿戴產(chǎn)品

從谷歌眼鏡到Fitbit腕帶，可穿戴技術在過去一年引發(fā)了大量的關注。大部分可穿戴設備都是通過監(jiān)測運動狀況、心率、睡眠模式等體征，幫助用戶了解自身的健康狀況。目前，可穿戴技術行業(yè)正在超越腕帶或觸摸感應設備等外部可穿戴產(chǎn)品的范疇，開始發(fā)展“身體自適應”電子產(chǎn)品，進一步跨越人類與技術之間的界限。

新一代可穿戴設備旨在適應人體使用部位的形狀。這些產(chǎn)品往往體積很小，內(nèi)置多種傳感器和反饋系統(tǒng)，并且外觀上無突兀之感，也不會影響用戶的社會交往。這些幾乎無形的設備包括能夠監(jiān)測心率的耳塞、穿在衣服里面并能追蹤體態(tài)的傳感器、能夠追蹤生命體征的臨時紋身貼，以及通過震動提示、由腳步感知GPS方向的觸覺鞋等。這類產(chǎn)品很多，用于多個領域：觸覺鞋目前被提議用于幫助盲人識別方向;而谷歌眼鏡已經(jīng)有許多腫瘤學家在使用，主要是通過語音指令獲得病歷信息和其他可視化信息，為外科手術提供協(xié)助。

技術分析人士認為，可穿戴產(chǎn)品的成功要素包括設備大小、非侵入性、測量多種參數(shù)的能力，以及能否提供實時反饋，幫助改善用戶行為。但是，要讓更多的人使用可穿戴產(chǎn)品，產(chǎn)品對個人隱私的保護必須要獲得社會的認可。比如，已經(jīng)有人對那種使用攝像機進行面部識別和記憶協(xié)助的可穿戴設備提出了質(zhì)疑。分析人士認為，如果這些挑戰(zhàn)能被克服，預計到2016年將有數(shù)億人使用可穿戴設備。

納米碳復合材料

隨著世界范圍內(nèi)汽車數(shù)量的快速增加，汽車行業(yè)的碳排放對環(huán)境的影響已經(jīng)引起人們的擔憂，而提高交通系統(tǒng)的運營效率有望減少汽車對環(huán)境的影響。利用納米碳纖維技術生產(chǎn)的新型復合材料正在汽車制造領域顯示出潛力，有望將汽車重量降低10%甚至更多。輕量化汽車需要的燃料更少，輸送人員和商品的效率更高，并能減少溫室氣體排放。

但是，效率僅是一方面的問題。另一個同樣重要的問題是如何改善乘客安全。為了增強新型復合材料的強度與韌性，業(yè)界正在碳纖維和周圍的聚合物基之間構建納米界面，比如會使用碳納米管，以改善錨固性能。在發(fā)生意外事故時，這些材料能夠在不發(fā)生撕裂的情形下吸收并分散沖擊力，從而更好地保護車內(nèi)駕乘人員。

第三個挑戰(zhàn)是碳纖維復合材料的可循環(huán)利用性。這個問題曾阻礙了該項技術的大規(guī)模應用，但目前已快要找到解決方案。相應的技術方案包括將可分解的“釋放點”置入聚合物和纖維之間的界面材料，從而以可控的方式拆解各連接材料，復合材料各成分也可以單獨回收并實現(xiàn)循環(huán)再利用。上述三方面如果全部實現(xiàn)，則有望大規(guī)模生產(chǎn)輕量化、超級安全和復合材料可再利用的汽車，從而對行業(yè)和環(huán)境產(chǎn)生重大的影響。

通過海水淡化提取金屬物質(zhì)

隨著世界人口持續(xù)增加和發(fā)展中國家擺脫貧困，淡水正在成為地球上最為緊張的自然資源之一。除了人類居住區(qū)的飲用水、清潔和工業(yè)發(fā)展用水外，世界上大部分的農(nóng)業(yè)產(chǎn)量來自于干旱地區(qū)生長的灌溉作物。隨著科羅拉多河、墨累-達令河和黃河河水長期無法流入大海，通過海水淡化獲取新的淡水資源勢必引發(fā)更多的關注。

但是，海水淡化有很大的缺點。除了能耗較高外，海水淡化的過程會產(chǎn)生濃鹽水，這種鹽水一旦流回海洋，便會對海洋生物產(chǎn)生嚴重的影響。或許解決這一問題最有可能的辦法是不要將海水淡化產(chǎn)生的濃鹽水視為廢棄物，而是將之視作開發(fā)寶貴材料(包括鋰、鎂和鈾，以及更為普通的鈉、鈣和鉀元素)的資源來源。鋰和鎂對于研發(fā)高性能電池和輕型鋁合金非常重要。此外，這種濃鹽水還可以提練出一些電動機和風力發(fā)電機中使用的稀土元素，而這些元素的稀缺已經(jīng)對風電機和電動機的發(fā)展造成了戰(zhàn)略性威脅。

借助于使用化學催化劑的新型工藝，海水淡化提煉出金屬元素的可能性就會增加，且最終的成本與陸地礦石或湖泊沉積物開采的成本相當。這項經(jīng)濟效益可以抵消海水淡化全部的成本，使得大規(guī)模推廣成為可能，進而緩解人類活動對淡水生態(tài)系統(tǒng)的壓力。

電網(wǎng)級電力儲存

由于電力無法直接儲存，因此電網(wǎng)管理者必須時刻確保消費者的整體電力需求完全相當于發(fā)電站為電網(wǎng)提供的電力供應量。由于煤炭和天然氣中的化學能可以進行相對大量的儲存，傳統(tǒng)的火力發(fā)電站可以按照需求進行能源調(diào)度，因此相對簡化了電網(wǎng)管理工作。但是，化石燃料會產(chǎn)生溫室氣體，導致氣候變化。目前許多國家都計劃在發(fā)電系統(tǒng)中使用可再生能源、核能或其他非化石燃料等清潔能源，以取代高碳能源。

清潔能源，尤其是風能和太陽能，具有高度的間歇性，無法按照消費者和電網(wǎng)管理機構的意愿生產(chǎn)電力，而只有在天氣條件允許的時候才能產(chǎn)生不定量的電力。核能的發(fā)展也面臨著挑戰(zhàn)，因為它要求電站始終滿負荷運行。因此，發(fā)展電網(wǎng)級電力儲存技術早已成為清潔能源行業(yè)的目標。截至目前，只有抽水蓄能水力電站發(fā)揮了重要作用，但其價格昂貴，容易給環(huán)境帶來挑戰(zhàn)，并完全依賴于理想的地理環(huán)境。

有跡象顯示，隨著新型技術的不斷發(fā)展，我們很快便能克服這項挑戰(zhàn)。一些技術(比如液流電池)未來將能夠像儲存煤炭和天然氣那樣，儲存大量的液態(tài)化學能。多種固態(tài)電池技術也在競相發(fā)展，旨在通過富含能源、價格適中的材料儲存電力。新發(fā)明的石墨烯超級電容器有望實現(xiàn)超速充電和放電，可使用數(shù)萬次。其他技術包括大容量飛輪儲能器以及壓縮空氣地下空間存儲等動能和勢能儲存技術。

德國目前正在研發(fā)一種更加新型的儲能技術，即通過電解制氫實現(xiàn)二氧化碳的甲烷化，用多余的電力將水分解成氫原子和氧原子，然后讓氫原子和廢棄的二氧化碳發(fā)生化學反應，產(chǎn)生可以燃燒的甲烷——在必要的情況下，可以通過這個過程產(chǎn)生電力。這種技術目前處于中等規(guī)模研發(fā)階段。雖然這種技術和其他技術的循環(huán)效率相對較低，但儲能技術無疑將在未來創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟價值。判斷誰將在這場技術競賽中勝出還為時尚早，但是據(jù)我們估測，這一領域的技術正在經(jīng)歷前所未有的進步，很有可能在不遠的將來實現(xiàn)重大突破。

納米線鋰電池

作為電力儲存工具，電池在現(xiàn)代生活的許多方面都非常重要。能量密度(能量/重量或體積)較高的鋰電池一般用于手機、筆記本電腦和電動汽車。但是，撇開手機和筆記本電腦的電池壽命不談，要想提升電動汽車的續(xù)航里程，使之能夠與傳統(tǒng)的燃油汽車相抗衡，則必須大幅提高電池的能量密度。

電池一般由兩個電極組成，正極(陰極)和負極(陽極), 在正極和負極之間是電解質(zhì)。在電解質(zhì)的作用下，離子在兩個電極之間流動，產(chǎn)生電流。鋰離子電池的陽極由化石墨構成，這種材料相對便宜，且更持久。但是，研究人員已經(jīng)開始試驗硅陽極電池，這種電池的容量有望得到大幅提升。

一個工程學的挑戰(zhàn)在于，硅陽極電池容易在充電和放電期間發(fā)生膨脹和收縮現(xiàn)象。在過去一年中，研究人員已經(jīng)研發(fā)出潛在的解決方案，創(chuàng)造出硅納米線或納米粒，有望解決硅在與鋰發(fā)生反應時容量膨脹的問題。使用納米粒和納米線導致表面積增大，進一步提高了電池的電力密度，從而實現(xiàn)快速充電和電流輸送。

這種新一代的電池能夠更加快速地充電，并能比當前的鋰電池多產(chǎn)生30%-40%的電力，有望改變電動汽車市場，并實現(xiàn)太陽能電力在家庭層面的儲存。硅陽極電池預計將在未來兩年首先用于智能手機。

無屏顯示器

現(xiàn)代通信技術更加令人沮喪的一個方面在于，設備在日益小型化的過程中，也愈發(fā)難以與之進行互動——比如，沒有人會在智能手機上輸入一本小說。屏幕的顯示器空間不足，這無疑為無屏顯示器提供了填補空白的機會。全尺寸鍵盤已經(jīng)可以投射在屏幕上，方便用戶與設備進行互動，且不用擔心設備能否裝進口袋。我們現(xiàn)在已經(jīng)可以制作出3D全息圖像，這或許能將我們帶回早期星球大戰(zhàn)系列電影的回憶;2013年，麻省理工學院媒體實驗室聲稱，他們已經(jīng)研發(fā)了一種價格不高的全息彩色視頻顯示器原型產(chǎn)品，其分辨率相當于普通的電視機。

無屏顯示還可以通過直接將圖像投射到人的視網(wǎng)膜來實現(xiàn)，這種方法不僅無需使用笨重的硬件設施，而且用戶在與電腦互動的過程中也無需和別人共用圖像，從而保護了用戶的隱私。截至2014年1月，一家初創(chuàng)企業(yè)通過Kickstarter平臺籌集了一大筆資金，旨在對一款使用視網(wǎng)膜顯示技術的個人游戲和影院設備進行商業(yè)化。從長期來看，技術的發(fā)展或許可以催生繞開眼睛的突觸界面，直接將“可視”信息傳送給大腦。

無屏顯示技術在2013年發(fā)展迅速，并很快會實現(xiàn)突破，為大規(guī)模推廣應用做好準備。多家企業(yè)已經(jīng)在此領域?qū)崿F(xiàn)了重大成果，包括虛擬現(xiàn)實頭戴式耳機、仿生學隱形眼鏡、為老人和弱視人群專門開發(fā)的手機以及無需移動部件或眼鏡的全息視頻。

微生物藥物

將人體稱為一個生態(tài)系統(tǒng)也許要比稱之為單一有機體更為恰當，人體中微生物細胞的數(shù)量是人體細胞的10倍之多。近年來，以人體微生物組為題的研究方興未艾。2012年，“人體微生物組計劃”(Human Microbiome Project)公布了80家科研機構的聯(lián)合研究成果。研究發(fā)現(xiàn)，人體生態(tài)系統(tǒng)中有1萬余種微生物，其細胞總數(shù)多達數(shù)萬億之眾，占人體體重的1%-3%。

通過利用先進的脫氧核糖核酸(DNA)排序技術、生物信息學和培育技術，寄居在人體中的各類微生物的身份及其特性不斷得以確認。研究發(fā)現(xiàn)，人體的疾病和健康與這些微生物富集量的多寡存在著關聯(lián)。

人們越來越清楚地認識到，這些數(shù)之不盡的微生物在我們的生命中發(fā)揮著重要的作用。例如，腸道內(nèi)細菌有助于人體消化食物，吸收原本無法獲取的重要營養(yǎng)物。另一方面，人體內(nèi)無所不在的病原體有時會變得極為危險，可以導致人體發(fā)病甚至死亡。

目前，腸道微生物組及其在疾病感染、肥胖、糖尿病和炎性腸病中所起的作用成為了研究的重點。人們逐漸發(fā)現(xiàn)，抗生素治療在摧毀腸菌群之后，會導致出現(xiàn)難辨梭菌感染等并發(fā)癥，在某些極端情況下甚至會危及生命。另一方面，為完善醫(yī)療手段，臨床上正在開發(fā)新一代療法，其中包含在健康腸道中發(fā)現(xiàn)的一組微生物子集。人體微生物組技術進步為開發(fā)重大疾病新療法、提高我們?nèi)祟愥t(yī)療的總體療效開辟了一條前所未有的道路。

RNA療法

核糖核酸(RNA)在細胞生物學中是一種十分重要的分子，它將脫氧核糖核酸中編碼的基因指令翻譯為蛋白質(zhì)的生成，從而使得細胞發(fā)揮正常功能。由于蛋白質(zhì)生成也是人體大部分疾病和紊亂癥狀所涉及的一個核心要素，基于核糖核酸的治療法長期以來被認為有望解決許多傳統(tǒng)藥物治療無能為力的問題。不過，該領域發(fā)展一直較為緩慢。因為研究工作十分復雜，細胞基因表達變化多端，所以對其理解有待加強，由此導致人們原先寄予的厚望受挫。

過去一年來，這一生物醫(yī)療技術領域重獲關注。截至2014年，共有2項基于核糖核酸的治療法獲準用于人體治療。研究人員正通過可抑制缺陷基因和表達過度基因的核糖核酸干擾機理，開發(fā)適用于基因紊亂、癌癥和傳染性疾病等各類癥狀的核糖核酸相關藥物。

當前，一個基于信使核糖核酸(mRNA)分子的全新平臺正在逐漸浮現(xiàn)，它進一步豐富了核糖核酸治療法的治療手段。通過以肌內(nèi)注射或靜脈注射方式注入特定的信使核糖核酸序列，便可通過患者自身的細胞，作為治療劑將細胞翻譯為用以傳遞療效的相應蛋白質(zhì)。與旨在直接改變脫氧核糖核酸的治療方式不同，基于核糖核酸的治療法并不會使細胞基因組發(fā)生永久性改變，因而可以視情進行加量或停用。

核糖核酸基礎科學、合成技術和體內(nèi)傳遞技術的進步，正共同催生出基于核糖核酸的新一代藥物，可以用來減少天然蛋白質(zhì)的富集量，使體內(nèi)生成優(yōu)化過的、帶有治療功效的蛋白質(zhì)。通過與大型制藥公司和科研機構的合作，目前已成立了多家旨在提供基于核糖核酸療法的私營企業(yè)。我們希望未來幾年內(nèi)，這一醫(yī)療技術能越來越多地挑戰(zhàn)傳統(tǒng)制藥行業(yè)，并研發(fā)出可治療疑難雜癥的新療法。

量化自我(預測分析)

其實，量化自我運動早已存在多年，主要配合人們對自身日常活動數(shù)據(jù)進行連續(xù)采集，從而讓人們對自身健康和行為方式作出更好的選擇。然而，如今隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)，這一運動終于開始真正顯現(xiàn)其價值，形成更為廣泛的影響。

智能手機中有著對人們各類活動的豐富記錄，包括機主認識的人(聯(lián)絡人名單、社交網(wǎng)絡應用)、交往的人(通話記錄、短信記錄、電子郵件)、所到之處(GPS、Wi-Fi和具有地理標記的照片)以及所做之事(使用的應用軟件和加速計數(shù)據(jù))等等。通過利用此類數(shù)據(jù)和專門的機器學習算法，我們可以為人及人的行為建立起詳盡的、具有預測性的模型，從而為城市規(guī)劃、個性化醫(yī)療、可持續(xù)發(fā)展以及醫(yī)療診斷助一臂之力。

例如，卡內(nèi)基梅隆大學的研究團隊正通過針對人們一段時間內(nèi)的睡眠方式和社會關系變化進行建模，研究如何利用智能手機數(shù)據(jù)來預測抑郁癥的發(fā)端。在另外一個名為“鄰里”(Livehoods)的計劃中，研究人員利用智能手機生成的大量地理標記數(shù)據(jù)(使用Instagram和Foursquare等軟件)和從網(wǎng)頁所抓取的數(shù)據(jù)，以了解人們在城市空間中的移動規(guī)律。

近年來，越來越多的制造商將傳感器嵌入產(chǎn)品當中，以研究消費者行為，省卻成本高昂的市場調(diào)研。在此背景下，傳感器價格日益走低并日漸普及。例如，汽車可以記錄駕駛?cè)说母黝愸{駛習慣，所得信息既可以顯示在智能手機應用上，也可以在城市規(guī)劃和交通管理中當做大數(shù)據(jù)使用。隨著采集大量數(shù)據(jù)追蹤人們生活百態(tài)的做法蔚然成風，如何一方面優(yōu)化利用信息，另一方面又調(diào)和好與個人隱私以及其他社會關切之間的關系，已成為一道難題。

腦機接口技術

僅靠思維便可以控制一臺計算機，這樣一種能力可能要比你我想象的還要更早成為現(xiàn)實。腦機界面，即計算機直接從大腦中讀取并解譯信號，已在臨床上取得了成功。利用這一技術，患有閉鎖綜合癥、中風的四肢癱瘓患者可以用腦電波控制機械臂活動，移動輪椅甚至拿杯子喝咖啡。此外，腦部直接植入也已經(jīng)幫助失明患者恢復了部分視力。

近來，這方面的研究重點在于能否利用腦機界面將不同大腦直接聯(lián)結(jié)起來。去年，杜克大學研究人員宣布，他們成功在互聯(lián)網(wǎng)上將兩只老鼠的大腦連接到了一起(稱為“大腦網(wǎng)絡”)，讓身處不同國家的老鼠在互聯(lián)網(wǎng)上合作完成了一些簡單任務來換取獎勵。此外，2013年，哈佛大學科學家宣布成功利用一個無創(chuàng)腦機界面，在老鼠與人的大腦之間建立起了功能聯(lián)系。

另外一些研究項目則把重點放在了通過計算機操縱大腦記憶或直接植入記憶上。2013年年中，麻省理工學院研究人員宣布，他們成功將一段虛假記憶植入一只老鼠的腦中。就人類而言，我們也許可以通過直接操縱記憶，治療創(chuàng)傷后應激障礙。長遠來看，信息也許可以以電腦文件的形式上傳到人腦之中。當然，這一領域快速發(fā)展顯然也引發(fā)了許多有關倫理道德方面的問題。

上述十大技術列表由世界經(jīng)濟論壇新興技術全球議程理事會編制。

作者：Noubar Afeyan，旗艦風險投資公司(Flagship Ventures)管理合伙人及新興技術全球議程理事會主席;Mark Lynas，科學、技術和氣候變化領域的自由撰稿人、新興技術全球議程理事會副主席;David King爵士，英國氣候變化、外交及聯(lián)邦事務特別代表、新興技術全球議程理事會副主席。

文章來源：北極星智能電網(wǎng)在線 http://www.chinasmartgrid.com.cn/news/20140820/538756.shtml