美國(guó)：2016-2045新科技趨勢(shì)報(bào)告
前段時(shí)間美國(guó)公布的一份長(zhǎng)達(dá)35頁的《2016-2045年新興科技趨勢(shì)報(bào)告》。該報(bào)告是在美國(guó)過去五年內(nèi)由政府機(jī)構(gòu)、咨詢機(jī)構(gòu)、智囊團(tuán)、科研機(jī)構(gòu)等發(fā)表的32份科技趨勢(shì)相關(guān)研究調(diào)查報(bào)告的基礎(chǔ)上提煉形成的。
通過對(duì)近700項(xiàng)科技趨勢(shì)的綜合比對(duì)分析，最終明確了20項(xiàng)最值得關(guān)注的科技發(fā)展趨勢(shì)。
該報(bào)告的發(fā)布一是為了幫助美國(guó)相關(guān)部門對(duì)未來30年可能影響國(guó)家力量的核心科技有一個(gè)總體上的把握，其二是為國(guó)家及社會(huì)資本指明科技投資方向，以確保美國(guó)在未來世界中的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。
物聯(lián)網(wǎng)
在2045年，最保守的預(yù)測(cè)也認(rèn)為將會(huì)有超過1千億的設(shè)備連接在互聯(lián)網(wǎng)上。這些設(shè)備包括了移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、家用電器、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)探測(cè)器、監(jiān)控?cái)z像頭、汽車，以及服裝等。它們所創(chuàng)造并分享的數(shù)據(jù)將會(huì)給我們的工作和生活帶來一場(chǎng)新的信息革命。
人們將可以利用來自物聯(lián)網(wǎng)的信息來加深對(duì)世界以及自己生活的了解，并且做出更加合適的決定。
在此同時(shí)，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備也將把目前許多工作，比如監(jiān)視，管理，以及維修等需要人力的工作自動(dòng)化。物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)分析、以及人工智能這三大技術(shù)之間的合作將會(huì)在世界上創(chuàng)造出一個(gè)巨大的智能機(jī)器網(wǎng)絡(luò)，在不需人力介入的情況下實(shí)現(xiàn)巨量的商業(yè)交易。
但是，雖然物聯(lián)網(wǎng)會(huì)提高經(jīng)濟(jì)效率、公共安全，以及個(gè)人生活，它也會(huì)加重對(duì)于網(wǎng)絡(luò)安全和個(gè)人隱私的擔(dān)憂。恐怖分子，犯罪集團(tuán)以及敵對(duì)勢(shì)力將會(huì)利用物聯(lián)網(wǎng)作為新的攻擊手段。而物聯(lián)網(wǎng)中所包含的大量數(shù)據(jù)也會(huì)誘惑政府去實(shí)施針對(duì)人民的監(jiān)控，從而進(jìn)一步的引發(fā)隱私和安全之間的對(duì)抗。
代表性技術(shù)：
微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)
無線通訊
電源管理技術(shù)
實(shí)際應(yīng)用：
海量數(shù)據(jù)分析
亞洲物聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟
醫(yī)療實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)
機(jī)器人與自動(dòng)化系統(tǒng)
在2045年的地球上，機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)將無處不在。自動(dòng)駕駛汽車會(huì)使交通更加安全與高效，或許還會(huì)給共享經(jīng)濟(jì)帶來新的動(dòng)力。機(jī)器人則會(huì)負(fù)責(zé)日常生活中大量的任務(wù)，比如照顧老人與買菜，以及工業(yè)中的職責(zé)，比如收獲農(nóng)作物，維護(hù)公共設(shè)施等等。
而隨著機(jī)器人的機(jī)動(dòng)性、靈敏度以及智能的提高，它們將成為強(qiáng)大的戰(zhàn)士，在戰(zhàn)場(chǎng)上輔助、甚至替代人類士兵作戰(zhàn)。人工智能軟件則會(huì)被使用到商業(yè)上，例如從數(shù)百TB的數(shù)據(jù)里面提取有意義的信息，使商業(yè)服務(wù)自動(dòng)化，以及替代諸如客服、教師等傳統(tǒng)意義上 “以人為本”的職業(yè)。
但是，機(jī)器人與自動(dòng)化也會(huì)帶來許多的危機(jī)。數(shù)百萬工作被機(jī)器取代的下崗職工將會(huì)給社會(huì)造成極大的沖擊，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的不穩(wěn)。自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則會(huì)成為各個(gè)敵對(duì)勢(shì)力相互攻擊的主要突破口。在沖突中使用機(jī)器人和自動(dòng)化系統(tǒng)則有可能造成極大的倫理和文化挑戰(zhàn)。
代表性技術(shù)：
機(jī)器學(xué)習(xí)
傳感器與控制系統(tǒng)
人機(jī)交互
實(shí)際應(yīng)用：
AlphaGo
機(jī)器人神經(jīng)系統(tǒng)
微軟聊天機(jī)器人Tay
智能手機(jī)與云端計(jì)算
智能手機(jī)與云端計(jì)算正在改變?nèi)祟惻c數(shù)據(jù)相處的方式。比如目前的美國(guó)，大約有30%的網(wǎng)頁瀏覽和40%的社交媒體是通過手機(jī)的。而這的原因之一就是具有各種可以測(cè)量天氣、位置、光度、聲音、以及生物特征的探測(cè)器的智能手機(jī)。
隨著手機(jī)的威力越來越大，功能也越來越全面，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的鋪展也將加速。在2030年，全球75%的人口將會(huì)擁有移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接，60%的人口將會(huì)擁有高速有線網(wǎng)絡(luò)連接。
移動(dòng)終端的發(fā)展以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散，也會(huì)進(jìn)一步推進(jìn)云端計(jì)算的進(jìn)展。云端計(jì)算可以在在零投入的情況下給用戶帶來大量的計(jì)算能力。在未來的30年里，基于云的移動(dòng)計(jì)算端將會(huì)改變從醫(yī)療到教育的各行各業(yè)。
比如人們可以通過手機(jī)來進(jìn)行體檢并與云端的診斷軟件直接溝通，人們也可以在手機(jī)上使用教育軟件來學(xué)習(xí)新的技能，農(nóng)民們甚至可以通過手機(jī)連接到實(shí)時(shí)氣象數(shù)據(jù)，通過云端軟件計(jì)算最優(yōu)化的收割時(shí)間。
但是，這一切都需要極高的網(wǎng)絡(luò)安全性、可靠性、以及流量。商業(yè)用戶以及個(gè)人用戶也都需要習(xí)慣把數(shù)據(jù)上傳到云端中。
代表性技術(shù)：
高效無線網(wǎng)絡(luò)
近場(chǎng)通信與低能耗網(wǎng)絡(luò)
電池優(yōu)化
實(shí)際應(yīng)用：
數(shù)據(jù)流動(dòng)性
移動(dòng)端惡意軟件
云端移動(dòng)處理器
智能城市
在2045年，全世界65%-70%的人口將會(huì)居住在城市里。隨著城市人口的增加，全球人口超過1千萬的超級(jí)都市將會(huì)從2016年的28座增加至2030年的41座。大量的人口向城市流動(dòng)將會(huì)給這些城市的基礎(chǔ)建設(shè)，比如城際交通，食物和水源，電力能源，污水處理，以及公共安全系統(tǒng)等帶來極大的壓力。
未來的智能城市將利用信息和通訊技術(shù)(ICT)，通過大數(shù)據(jù)以及自動(dòng)化來提高城市的效率和可持續(xù)性。
比如使用分散探測(cè)系統(tǒng)將實(shí)時(shí)監(jiān)視城市用水用電數(shù)據(jù)，通過智能電網(wǎng)自動(dòng)調(diào)整配電設(shè)置;通過聯(lián)網(wǎng)的交通信號(hào)系統(tǒng)以及自動(dòng)駕駛系統(tǒng)來減緩車輛堵塞的程度;利用由新材料和新設(shè)計(jì)技巧所建的智能建筑來提高空調(diào)和照明系統(tǒng)的效率，減少能源浪費(fèi);使用屋頂太陽能板、小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)、地?zé)岚l(fā)電，以及其他可再生資源提供干凈的電力。
但是，在另一方面，沒錢或者缺乏政治信念去投資這些科技的城市將會(huì)變得極其擁擠和骯臟，成為暴動(dòng)和沖突的爆發(fā)點(diǎn)。
量子計(jì)算
量子計(jì)算是通過疊加原理和量子糾纏等次原子粒子的特性來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的編碼和操縱。
雖然在過去的幾十年里，量子計(jì)算只存在于理論上，近些年的研究已經(jīng)開始出現(xiàn)有意義的結(jié)果。在未來的5-15年里，我們很有可能制造出一款有實(shí)用意義的量子計(jì)算機(jī)。
量子計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)將會(huì)給其他的研究方向，比如氣候模擬、藥物研究、以及材料科學(xué)帶來巨大的進(jìn)步。
不過，最令人期待的還是量子密碼學(xué)。一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)將可以破解世上所有的加密方式，而量子加密也將真正無懈可擊。如今，量子計(jì)算機(jī)的許多技術(shù)堡壘已經(jīng)開始被逐一攻克，雖然我們也許在21世紀(jì)40年代才會(huì)看到真正實(shí)用的量子計(jì)算機(jī)，但來自政府和業(yè)界的大量投資意味著量子計(jì)算已經(jīng)邁過了轉(zhuǎn)折點(diǎn)。
代表性技術(shù)：
量子糾錯(cuò)
量子編程
后量子密碼學(xué)
實(shí)際應(yīng)用：
MIT量子疊加研究
IBM云端量子計(jì)算服務(wù)
量子通訊衛(wèi)星
混合現(xiàn)實(shí)
虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(VR和AR)技術(shù)已經(jīng)在消費(fèi)電子市場(chǎng)激發(fā)了極大的熱情，各科技公司也迅速的開始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)。在2014年收購(gòu)Oculus VR之后，F(xiàn)acebook將在今年推出他們首款VR眼鏡。三星，索尼，宏達(dá)也計(jì)劃在今年推出VR產(chǎn)品。資本的涌進(jìn)代表了VR將會(huì)成為新一代的主流娛樂技術(shù)。當(dāng)然，VR也有在娛樂之外的應(yīng)用。美國(guó)第二大家居裝飾用品公司Lowe’s(勞氏公司)正在開發(fā)名為Holoroom的一款3D增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)科技。Lowe’s的客戶將可以設(shè)計(jì)一個(gè)空間，然后使用Holoroom進(jìn)入一個(gè)3D模型，體驗(yàn)他們?cè)O(shè)計(jì)的空間感覺如何。
雖然在歷史上，市場(chǎng)對(duì)VR和AR曾有些過于膨脹的預(yù)期，如今的超高清顯示，低價(jià)的姿勢(shì)與位置探測(cè)器以及高清視頻內(nèi)容給混合現(xiàn)實(shí)科技打下了雄厚的基礎(chǔ)。在未來的30年里，這些技術(shù)將成為主流科技。AR眼鏡將把實(shí)時(shí)相關(guān)的信息給用戶投放在現(xiàn)實(shí)中，而VR眼鏡則可以通過融合視覺，聽覺，嗅覺和觸覺來實(shí)現(xiàn)深度沉浸的體驗(yàn)。
代表性技術(shù)：
消費(fèi)級(jí)硬件
沉浸式體驗(yàn)
交互技術(shù)
實(shí)際應(yīng)用：
谷歌Cardboard
混合現(xiàn)實(shí)軟硬件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)測(cè)
手術(shù)現(xiàn)場(chǎng)流媒體直播
數(shù)據(jù)分析
在2015年，人類總共創(chuàng)造了4.4ZB(44億TB)的數(shù)據(jù)，而這個(gè)數(shù)字大約每?jī)赡昃蜁?huì)翻倍。在這些數(shù)據(jù)中隱藏了各種關(guān)于消費(fèi)習(xí)慣，公共健康，全球氣候變化以及其他經(jīng)濟(jì)，社會(huì)還有政治等等方面的深刻信息。可惜的是，雖然“大數(shù)據(jù)”成為了一個(gè)熱點(diǎn)，但每年只有不到10%的數(shù)據(jù)會(huì)被分析。
在接下來的30年里，我們處理巨量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的能力將會(huì)逐漸提高。自動(dòng)人工智能軟件將會(huì)可以從散亂的數(shù)據(jù)中識(shí)別并提取有關(guān)聯(lián)的信息。而這種數(shù)據(jù)分析的能力將會(huì)從商業(yè)應(yīng)用擴(kuò)散到普通人手里。
人們將會(huì)獲得在生活中使用大數(shù)據(jù)的能力，并且通過這種能力來迫使政府以及各種機(jī)構(gòu)對(duì)它們的政策負(fù)責(zé)。而這很有可能引起關(guān)于數(shù)據(jù)限制的沖突。超級(jí)個(gè)性化營(yíng)銷，政府對(duì)人民數(shù)據(jù)的監(jiān)視，以及各大數(shù)據(jù)被盜案件的曝光則會(huì)引起數(shù)據(jù)所有權(quán)的討論。各個(gè)敵對(duì)勢(shì)力則可以利用被盜取的，從暗網(wǎng)中購(gòu)買的，甚至是開源的數(shù)據(jù)來相互攻擊。
代表性技術(shù)：
可視化
自動(dòng)化
自然語言處理
實(shí)際應(yīng)用：
深度學(xué)習(xí)超級(jí)計(jì)算機(jī)
犯罪預(yù)測(cè)
新加坡國(guó)家智能平臺(tái)
人類增強(qiáng)
在接下來的30年里，科技將帶領(lǐng)人類突破人類潛力的極限甚至生物的極限。由物聯(lián)網(wǎng)連接的可穿戴設(shè)備將會(huì)把與實(shí)時(shí)有關(guān)的信息直接打入我們的感官中。外骨骼和與大腦連接的假肢將會(huì)使我們變得更加強(qiáng)大，為老弱病殘恢復(fù)移動(dòng)力。
裝有探測(cè)器和嵌入式計(jì)算機(jī)的隱形眼鏡或者被永久植入在體內(nèi)的裝備將給我們帶來可以穿墻的聽力，天然夜視，以及可以嵌入虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的能力。益智藥將會(huì)擴(kuò)大我們的思維能力，改變工作和學(xué)習(xí)的方式。
當(dāng)然，人類增強(qiáng)科技也會(huì)帶來新的挑戰(zhàn)。那些負(fù)擔(dān)不起“升級(jí)肉體”價(jià)格的人群很有可能發(fā)現(xiàn)他們?cè)谠鰪?qiáng)經(jīng)濟(jì)里毫無競(jìng)爭(zhēng)力。而增強(qiáng)科技的聯(lián)網(wǎng)則會(huì)讓我們的身體甚至大腦成為黑客的目標(biāo)。對(duì)士兵的增強(qiáng)很有可能引發(fā)一場(chǎng)新的增強(qiáng)科技軍備競(jìng)賽。
代表性技術(shù)：
可穿戴計(jì)算設(shè)備
外骨骼與假肢
藥物增強(qiáng)
實(shí)際應(yīng)用：
機(jī)械外骨骼
生化手指
自我量化
網(wǎng)絡(luò)安全
網(wǎng)絡(luò)安全不是一個(gè)嶄新的話題。事實(shí)上，早在1991年就有人提出了“網(wǎng)絡(luò)上的珍珠港”這一警告。但是在未來的30年里，隨著物流網(wǎng)的發(fā)展以及日常生活中越來越多的連接，網(wǎng)絡(luò)安全將會(huì)成為網(wǎng)絡(luò)行業(yè)首要的話題。
目前，雖然世界上的網(wǎng)絡(luò)攻擊越來越多，但是它們大多數(shù)的目標(biāo)都只是個(gè)人或者企業(yè)。而且這些攻擊所造成的損失雖然很大，但是這些損失并不會(huì)擴(kuò)散。而未來的世界將不會(huì)是如此的簡(jiǎn)單。
隨著汽車、家電、電廠、路燈，以及數(shù)百萬個(gè)其他的事物相互連接，網(wǎng)絡(luò)攻擊的后果也會(huì)越來越嚴(yán)重。國(guó)家、企業(yè)、以及個(gè)人的數(shù)據(jù)將會(huì)面臨越來越隱蔽的攻擊。有些甚至在數(shù)年后才會(huì)被發(fā)現(xiàn)。目前，人們可以想象出來最壞的情況就是“網(wǎng)絡(luò)世界末日”– 在越發(fā)越瘋狂越頻繁的攻擊下，整個(gè)世紀(jì)的互聯(lián)網(wǎng)以及其中所包含的經(jīng)濟(jì)社會(huì)功能的崩潰。
代表性技術(shù)：
用戶身份鑒定技術(shù)
自我進(jìn)化型網(wǎng)絡(luò)
下一代解密技術(shù)
實(shí)際應(yīng)用：
美國(guó)網(wǎng)絡(luò)司令部
Oceans 00001011
網(wǎng)絡(luò)隱私與安全
社交網(wǎng)絡(luò)
如今，大約有65%的美國(guó)人使用社交網(wǎng)絡(luò)，而在2005年，這個(gè)數(shù)量只有7%。社交網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)開始展現(xiàn)出改變?nèi)祟愋袨榈哪芰Α５窃谖磥淼?0年里，社交科技將會(huì)給人們帶來可以創(chuàng)造出各自微型文化圈的力量。
人們將會(huì)使用科技形成社會(huì)契約和基于網(wǎng)絡(luò)社區(qū)的社交結(jié)構(gòu)，從而顛覆許多傳統(tǒng)的權(quán)力結(jié)構(gòu)。比如政治輿論，由于目擊者們可以直接在網(wǎng)絡(luò)上揭露腐敗和壓迫而不用通過媒體的過濾，政府將會(huì)發(fā)現(xiàn)輿論越來越難被直接控制。或者企業(yè)責(zé)任，雖然企業(yè)可以通過社交網(wǎng)絡(luò)直接接觸到消費(fèi)者，這些消費(fèi)者也可以利用社交網(wǎng)絡(luò)來突破營(yíng)銷的噪音，使企業(yè)對(duì)他們的產(chǎn)品和行為負(fù)責(zé)。
眾籌和直播將會(huì)使內(nèi)容創(chuàng)作進(jìn)一步的民主化，從而模糊媒體人與觀眾之間的區(qū)別。而比特幣以及其他加密貨幣也許會(huì)把貨幣和交易的控制從政府手中剝離，從此基于社會(huì)共識(shí)而不是政府的規(guī)定。
代表性技術(shù)：
區(qū)塊鏈技術(shù)
應(yīng)用社會(huì)科學(xué)
網(wǎng)絡(luò)身份與名譽(yù)管理
實(shí)際應(yīng)用：
區(qū)塊鏈技術(shù)的商業(yè)應(yīng)用
社交媒體與心理健康
先進(jìn)數(shù)碼設(shè)備
由于計(jì)算機(jī)和各種數(shù)碼設(shè)備在過去的60年里給人們生活帶來的天翻地覆的改變，我們似乎已經(jīng)忘了這些技術(shù)還比較新。個(gè)人電腦在1975年才出現(xiàn)在商店里，而當(dāng)時(shí)的個(gè)人電腦有如今日的宜家，是作為一套零件賣給顧客的。用戶需要自己把它組裝起來，所有的程序也都需要自己編寫。僅僅40年后，人們手中智能手機(jī)的計(jì)算能力就已經(jīng)遠(yuǎn)超1969年把宇航員送上月球時(shí)的NASA了。在未來的30年里，這個(gè)趨勢(shì)也將會(huì)繼續(xù)下去。
人們將會(huì)擁有更多的計(jì)算能力以及更廣的數(shù)碼資源。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算將會(huì)給人們帶來幾乎無限的內(nèi)存和計(jì)算能力。虛擬技術(shù)和基于軟件的系統(tǒng)將會(huì)允許政府和企業(yè)在不需要昂貴的硬件升級(jí)的情況下迅速的調(diào)整升級(jí)IT系統(tǒng)。
從衣服到建材，數(shù)碼產(chǎn)品將會(huì)更廣泛的融入到日常生活中。在此同時(shí)，新科技將會(huì)改變我們與科技之間交流的方式。語音界面已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在智能手機(jī)中，而姿勢(shì)界面則允許我們無聲的與計(jì)算機(jī)通訊。最終，人腦-電腦界面將會(huì)允許我們用思想控制數(shù)碼設(shè)備，使它們成為我們身體的一部分。
代表性技術(shù)：
軟件定義一切
自然用戶界面
腦機(jī)接口
實(shí)際應(yīng)用：
聊天機(jī)器人
Neuroverse腦波監(jiān)測(cè)
軟件定義網(wǎng)絡(luò)
先進(jìn)材料
在過去的10年里，材料科學(xué)的突破給我們帶來了許多種先進(jìn)的材料。從可以自我恢復(fù)和自我清理的智能材料，到可以恢復(fù)原本形狀的記憶金屬，到可以利用壓力發(fā)電的壓電陶瓷材料，到擁有驚人的結(jié)構(gòu)和電力性能的納米材料，這些都是材料科學(xué)家的成功。尤其是納米材料，它有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。
在納米尺度(少于100納米)，普通的材料比如碳，將會(huì)呈現(xiàn)出獨(dú)特的性能。石墨烯，一種由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體，強(qiáng)度是鋼的100倍，能夠高效的傳導(dǎo)熱和電，并且?guī)缀跬该鳌?nbsp;
納米材料有著無數(shù)種應(yīng)用，比如作為引擎或其他機(jī)械表面的低摩擦力鍍膜，作為高強(qiáng)度合成材料來建造汽車和飛機(jī)，輕便的防彈背心，以及高效的光伏材料。
在工業(yè)應(yīng)用之外，制藥企業(yè)也正在研究作為靶向分子的醫(yī)療納米粒子用于治療癌癥。在未來的30年里，納米材料以及新型材料，比如泡沫金屬以及陶瓷復(fù)合材料將會(huì)被用在從衣服，到建材，到車輛，到公路以及橋梁中，無處不在。
太空科技
太空行業(yè)正在進(jìn)入一個(gè)從上個(gè)世紀(jì)60年代后就從未出現(xiàn)過的發(fā)展階段。新的科技，比如機(jī)器人，先進(jìn)的推進(jìn)系統(tǒng)，輕便的材料，增加制造，以及元件小型化正在減少把人和物送入太空的價(jià)格，而這則會(huì)開啟太空探險(xiǎn)的新機(jī)會(huì)。
SpaceX，Arianespace，Blue Origin等太空行業(yè)的新人已經(jīng)帶來了例如可回收火箭等顛覆式創(chuàng)新。
在未來的30年里，科技的研發(fā)將會(huì)帶領(lǐng)人類將重返月球。在此之外，更加偉大的探險(xiǎn)，比如人類登錄火星也是，以及新型基于太空的行業(yè)，比如在開采小行星中的礦物也都有可能出現(xiàn)。
雖然探索甚至殖民太空是現(xiàn)代人來長(zhǎng)久的夢(mèng)想，但是對(duì)太空設(shè)施的需求很有可能加大地球上的沖突。隨著更多的國(guó)家開始依賴天基設(shè)備，對(duì)太空的控制將有可能成為一個(gè)全新的爆發(fā)點(diǎn)。天基武器不再是不可能，而反衛(wèi)星也將成為未來戰(zhàn)爭(zhēng)的一部分。
合成生物科技
早在孟德爾發(fā)現(xiàn)遺傳的基礎(chǔ)規(guī)律，以及埃弗里-麥克勞德-麥卡蒂實(shí)驗(yàn)證明DNA是遺傳物質(zhì)之前，人類已經(jīng)進(jìn)行了幾千年的通過選擇性育種以及雜交來操縱植物和動(dòng)物的遺傳基因了。
隨著我們對(duì)遺傳學(xué)認(rèn)知的加深，我們已經(jīng)可以通過搭建新的DNA來實(shí)現(xiàn)無中生有，創(chuàng)造出新的生物。基因改造農(nóng)作物則是此項(xiàng)科技的先鋒。但是在此同時(shí)，我們正站在一場(chǎng)生物革命的突破口。當(dāng)我們跨入生物科技的新時(shí)代時(shí)，生命將會(huì)成為信息，如同電腦程序的代碼一樣，可以被改寫的信息。
科學(xué)家正在開發(fā)一種可以分泌生物柴油的海藻，這種海藻的DNA中則被編寫了數(shù)千GB的數(shù)據(jù)。在未來的30年里，合成生物科技將制造出可以探測(cè)到毒素，從工業(yè)廢料中制造生物柴油，以及通過共棲來給人類寄主提供藥物的生物。但是，合成生物也會(huì)帶來生物武器和難以控制的入侵物種等巨大的危險(xiǎn)。
代表性技術(shù)：
建模與仿真
標(biāo)準(zhǔn)化DNA
DNA合成與測(cè)序
實(shí)際應(yīng)用：
編輯胚胎細(xì)胞
遺傳編程
工業(yè)級(jí)合成生物學(xué)
增材制造
增材制造(3D打印)已經(jīng)在工業(yè)界作為制造限量設(shè)計(jì)原型的技術(shù)而被使用超過30年了。但是，在近十年里，3D打印技術(shù)獲得了驚人的發(fā)展。如今，隨著3D打印機(jī)價(jià)格的下降以及大量開源工具和付費(fèi)模型的出現(xiàn)，世界上已經(jīng)出現(xiàn)了一個(gè)龐大的“創(chuàng)客”群體，無時(shí)不刻的在突破這項(xiàng)技術(shù)的極限。
在2040年，3D打印技術(shù)將改變世界。新一代的3D打印機(jī)將可以融合多種材料，電子元件，電池以及其他原件。人們將會(huì)利用3D打印技術(shù)制造工具，電子產(chǎn)品，備用零件，醫(yī)療設(shè)備等各種產(chǎn)品，并按照自己個(gè)人需求來實(shí)現(xiàn)真正的“私人訂制”。
軍隊(duì)的后勤將變得更簡(jiǎn)單，因?yàn)檠b備和補(bǔ)給可以在當(dāng)?shù)刂苯哟蛴 Ｎ矬w將會(huì)變成信息，而網(wǎng)絡(luò)盜版將會(huì)代替現(xiàn)實(shí)偷竊。而恐怖分子以及犯罪集團(tuán)將會(huì)使用難以追查的原材料來打印武器，探測(cè)器，以及其他裝備，給社會(huì)安定造成極大的隱患。
代表性技術(shù)：
速度、尺寸、可靠性增強(qiáng)
全新合成材料
生物打印
實(shí)際應(yīng)用：
多材料3D打印
3D打印人行天橋
外科生物墨水
醫(yī)學(xué)
在未來的30年里，各種科學(xué)技術(shù)上的突破將改變醫(yī)學(xué)。通過基因組學(xué)，我們將會(huì)得到真正的私人藥物。在未來，癌癥，心肺疾病，阿茲海默癥，以及其他目前看似無救的疾病將會(huì)由針對(duì)患者個(gè)人基因的藥物來治療。
人類將可以通過DNA培養(yǎng)出來移植所需的器官，從而滅絕等待配型以及排斥反應(yīng)等很可能致命的情況。生物假肢將會(huì)被直接連接到神經(jīng)系統(tǒng)上，從而提供與真實(shí)觸感極其相似的感官。
機(jī)器急救人員以及例如控制性降溫的肢體存活技術(shù)將會(huì)大幅度延長(zhǎng)救援的“黃金時(shí)間”。科學(xué)家們將找到衰老的原因，從而增加人類的壽命，涌現(xiàn)出一大群非常健康并有活力的“老人”。
另一方面，發(fā)達(dá)的醫(yī)療設(shè)施的價(jià)格將會(huì)給各國(guó)的醫(yī)療系統(tǒng)帶來更大的壓力。窮人與富人之間的救命資源也會(huì)出現(xiàn)極大地不均。而且隨著人類壽命的增加，年輕人與老人之間對(duì)于工作以及資源的競(jìng)爭(zhēng)則會(huì)加劇。抗藥性極高的超級(jí)細(xì)菌也會(huì)給世界各地的人們帶來極大的危險(xiǎn)。
代表性技術(shù)：
定制化醫(yī)療
再生醫(yī)學(xué)
生物醫(yī)學(xué)工程
實(shí)際應(yīng)用：
耐藥細(xì)菌
ElectRx
干細(xì)胞療法
能源
在未來的30年里，全球能源需求預(yù)計(jì)會(huì)增長(zhǎng)35%，我們則正在面臨著一場(chǎng)能源革命。新的采油技術(shù)，比如水力壓裂以及定向鉆為人類添加了大量可開發(fā)的油田和氣田。而這直接顛覆了世界石油市場(chǎng)，使美國(guó)從世界上最大的石油進(jìn)口國(guó)變成了最大的石油生產(chǎn)國(guó)。
與此同時(shí)，可再生能源，比如太陽能和風(fēng)能的價(jià)格也開始接近與石油。就拿太陽能來說，在過去的10年里，太陽能發(fā)電的價(jià)格從每瓦8美元降低至這個(gè)數(shù)字的十分之一。在此之外，還有核能這個(gè)抱有爭(zhēng)議但從未停止開發(fā)的能源。新一代的核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)宣稱遠(yuǎn)比之前的更安全，也會(huì)產(chǎn)生更少的核廢料。
不過，雖然使用清潔能源可以幫助我們減緩全球氣候變化，但是圍繞著用于生產(chǎn)電池，光伏，以及其他元件的稀有資源的新的糾紛與摩擦也會(huì)出現(xiàn)。石油經(jīng)濟(jì)的消退也會(huì)在中東和北非引起經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的嚴(yán)重不穩(wěn)，進(jìn)一步加深當(dāng)?shù)氐奈溲b沖突。
代表性技術(shù)：
高效太陽能
電池技術(shù)
能源收集
實(shí)際應(yīng)用：
新能源占比提高
高效氫燃料電池
原油價(jià)格下跌
新型武器
在未來的30年里，數(shù)種新型武器技術(shù)將出現(xiàn)在戰(zhàn)場(chǎng)上。除了目前正在開發(fā)中的非致命武器以及能量武器之外，數(shù)個(gè)國(guó)家也正在開發(fā)可以阻絕軍事行動(dòng)能力的反介入和區(qū)域阻絕武器(A2AD)。A2AD技術(shù)包括反艦彈道導(dǎo)彈、精密制導(dǎo)反車輛反人員武器、反火箭炮、火炮和迫擊炮系統(tǒng)(CRAM)、反衛(wèi)星武器，以及電磁脈沖武器(EMP)。
有些技術(shù)，比如精密制導(dǎo)武器，屬于基于現(xiàn)有科技的突破。中國(guó)就正在開發(fā)可以摧毀航空母艦的先進(jìn)反艦彈道導(dǎo)彈。而有些技術(shù)則屬于嶄新的主意，比如2015年由美國(guó)防部高等研究計(jì)劃部(DARPA)所開發(fā)的EXACTO自導(dǎo)子彈。隨著中國(guó)，俄羅斯，美國(guó)以及其他國(guó)家斥巨資推進(jìn)軍隊(duì)現(xiàn)代化，新一代的高科技軍備競(jìng)爭(zhēng)正在揭曉。
食物與淡水科技
在未來的30年里，淡水和食物的缺乏將會(huì)在世界上制造更多的沖突。大約全球25%的農(nóng)地已經(jīng)由于過度耕作，干旱，污染等原因造成了嚴(yán)重退化。
在未來的幾十年里，最樂觀的預(yù)測(cè)也指出主食谷物的價(jià)格將會(huì)提高30%。但那是最樂觀的情況。如果全球氣候變化、需求，以及資源管理的失敗按照目前的趨勢(shì)繼續(xù)下去，價(jià)格提高100%也是可能的。
在2045年，全球超過40%的人口將會(huì)面臨缺乏水源的問題。這一切問題的解決方式只有科技。
海水淡化、微型灌溉、污水回收、雨水收集等科技將會(huì)減緩人類對(duì)淡水水源的需求。基因改造農(nóng)作物以及自動(dòng)化將會(huì)允許農(nóng)民使用更少的土地來出產(chǎn)更多的食物。食物和淡水將會(huì)成為新的科技熱點(diǎn)，也會(huì)成為新的沖突爆發(fā)點(diǎn)。
代表性技術(shù)：
農(nóng)業(yè)技術(shù)
水資源循環(huán)與回收
可替代食物來源
實(shí)際應(yīng)用：
農(nóng)業(yè)無人機(jī)
從霧氣中取水
垂直農(nóng)業(yè)
對(duì)抗全球氣候變化
根據(jù)目前的數(shù)據(jù)，在2050年，地球表面的溫度將增加1.4至3攝氏度。就算我們采取了一些極端方式來減少溫室氣體的排放，氣候的慣性也會(huì)引起溫度的提高。而地表溫度的提高則會(huì)帶來一系列的惡果，比如海平面的提高給海岸城市所帶來的危險(xiǎn)，農(nóng)作物產(chǎn)量的下降所引發(fā)的饑荒，干旱導(dǎo)致數(shù)百萬人缺乏飲用水，以及洪水所造成的數(shù)十億損失。
在未來的30年里，這些危機(jī)將會(huì)引導(dǎo)各方投資研究可以減緩氣候變化所帶來的影響的科技。在近期，這些科技將包括在地圖上標(biāo)出有洪水危險(xiǎn)的系統(tǒng)，以及可以抵抗干旱的基因改造農(nóng)作物。在更長(zhǎng)遠(yuǎn)的時(shí)間里，也許會(huì)出現(xiàn)野心更大的科技，比如可以從大氣中提取二氧化碳和甲烷等溫室氣體，并在把它們安全的儲(chǔ)存在地下的科技。
但是，如果氣候變化的趨勢(shì)是增加3度這種最壞的情況，它給地球氣候所造成的巨大影響將難以減緩。在這種情況下，極端的地理工程手段很有可能是避免極度惡劣氣候的唯一方式。科學(xué)家們就曾提出在大氣層中散布硫或者氧化鋁來減少抵達(dá)地球表面的陽光。不過，這些手段還處于理論階段，風(fēng)險(xiǎn)非常大。
