《科学美国人》发布“2020全球十大新兴技术”
《科学美国人》联合世界经济论坛，评选出了2020年全球十大新兴技术。这些获得认可的技术必须具备超越现有技术的潜力：它们必须能更好地促进社会进步；同时，这些技术必须是新兴的，但可能在接下来的三到五年对该行业产生重大的影响。在今年的榜单中，有哪些将改变人类的未来？
1
能无痛注射的微针
2
让二氧化碳变成可用材料
3
虚拟病人加速医学研发
4
空间计算提升人机交互
“空间计算”（spatial computing）是物理世界和数字世界不断融合的下一步。它可以做到虚拟现实和增强现实技术所能做到的一切：让传感器和马达实现互动；将通过云连接的设备数字化；以数字化方式代表现实世界。不仅如此，它还需要将这些功能与高保真的空间映射关系相结合，确保人在物理世界或者数字世界中运动和交互时，“协调器”能够有效地导航和追踪。很快，空间计算将会使人机交互和机器间的交互效率提高到崭新的水平，其中的应用场景包括工业、医疗保健、运输和家庭场景等等。
与虚拟现实和增强现实一样，空间计算建立在“数字孪生”之上。有了空间计算以后，能实现数字孪生的不仅有物体，还可以是人和位置。使用 GPS、激光雷达、视频和其他地理位置技术，就可以创建房间、建筑物或城市的数字地图。算法可以把数字地图和其他信息集成在一起，创建一个可观察、可量化和可操纵的数字世界，当然这样的操作也能同时触及现实世界。
5
提供医疗服务的应用程序
在你就医时，医生开出的处方上写着的会是一个应用程序吗？目前，已经有一些应用程序可以自主检测我们的生理和心理疾病了，其中一些甚至可以直接治疗相关疾病。以上这些正处于研发过程中，或者正在被人们使用的软件，都被称为“数字医疗”（digital medicines）。
数字医疗程序可以通过移动设备记录用户的信息，包括声音、位置、面部表情、运动、睡眠和打字的节奏等。用人工智能技术分析这些信息后，就能预测可能出现的病情或症状的发展状况。例如，一些智能手表包含特殊的传感器，可以自动检测并提醒用户是否出现心房纤颤。此外，研发人员还在研发其他的方案，包括用于筛查呼吸障碍、抑郁症、帕金森病、阿尔茨海默病、自闭症和其他病症的工具。
辅助检测工具还可以采用其他的形式，比如可以被人体吞服的带有传感器的“药丸”。这类工具被称为“生物微电子设备”。有一些公司正在开发这类设备，应用的范围包括检测癌症DNA、肠道微生物释放的气体、胃出血量、体温和脉氧水平等等。
当然，整个社会必须以十分谨慎的态度推动数字医疗的发展，必须确保这些工具经过严格的安全性及有效性测试，必须要保护个人隐私，必须能顺利融入医生的工作流程。
6
给飞机换上电动推进器
2019年，航空业的碳排放量占全球总碳排放量的 2.5％，到 2050 年，这一数字可能还会增加两倍。尽管一些航空公司已经开始采取措施减少碳排放，但仍然需要进一步减排。电动飞机或许可以满足如此大规模的削减量，因此吸引了许多公司开展研发工作。电动推进器不仅可以消除直接碳排放量，还能降低多达 90％的燃料成本、50％的维护成本和近70％的噪音。
电动化的不只有发动机。在美国正在研发的X-57麦克斯韦号上，传统的长机翼被一对更短的、上面分布有电动推进器的机翼取代。电动推进器增加了飞机起飞时的升力，因此机翼可以做得更小，进而提高飞机总体的飞行效率。目前来看，电动飞机的限制还是在于飞行里程。与传统飞机燃料相比，如今最好的电池的容量仍然有限：前者为 12 000 瓦时每千克，后者只有 250瓦时每千克。
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新技术使水泥更低碳
作为使用最为广泛的一种人造材料，混凝土塑造了今天我们建造的大部分世界。但是，混凝土的关键成分——水泥——的生产也带来了大量容易被忽略的碳排放。在水泥生产过程中，无论是因为加热和将石灰岩转化为水泥熟料所化石燃料燃烧过程，还是在磨碎原料与其他物质结合形成水泥的化学过程中，都会产生碳排放。
科学家也在开发新的方案，试图以更低碳的方式生产水泥。目前已经有一些方案得到了应用。加拿大公司 CarbonCure 通过矿化作用将其他化工厂产生的二氧化碳储存在混凝土中；另一家加拿大公司 CarbiCrete 完全放弃了在混凝土中使用水泥，转而使用炼钢行业的一种副产品——钢渣。总部位于德国的跨国公司海德堡水泥计划将挪威的一处工厂改造为世界首个实现零排放的水泥工厂。这家名为 Norcem 的工厂已经开始使用废物作为替代燃料，并且计划通过引入碳捕捉和碳储存技术，在 2030 年前消除工厂的所有碳排放量。
另外，研究人员还尝试用其他方法提高混凝土的性能。初创公司 BioMason 就致力于开发“活性”建筑材料：用细菌和颗粒物“长出”了类似水泥的材料。此外，受 DARPA 资助的一个创新项目，利用一种叫做蓝细菌的光合作用微生物制作出低碳混凝土。研究人员将这种细菌接种到沙子-水凝胶支架上，制造出一种能自我修复裂缝的砖块。
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体积更小的量子传感器
量子传感器是一种利用亚原子粒子的行为进行超灵敏测量的仪器，能使自动驾驶汽车提前“看见”拐角之后的情况；能让水下导航系统、火山活动和地震预警系统更加先进；还能让随时随地监测大脑活动的便携式磁共振（MRI）扫描仪成为现实。
对于任何测量仪器来说，测量单位越小，测量的精度也就越高。量子传感器可以通过测量亚原子粒子的行为，使设备达到极高的分辨率。原子钟就利用了这一原理：我们这个世界的时间是建立在铯133原子的电子在一秒内完成 9 192 631 770 次特定跃迁的基础上的。
英国伯明翰大学的研究人员正在开发一种量子传感器，用自由落体的过冷原子来检测局部重力的微小变化。这种量子重力计能够用于检测埋入地下的管道、电缆和其他物体，使我们不必挖开地面就能进行测量。航海的船只也可以采用类似的技术来探测水下物体。
虽然大多数量子传感系统仍然过于昂贵，而且拥有庞大的体积和复杂的结构，但更小、更便宜的新一代量子传感器很快就会开辟出一条新的道路。去年，美国麻省理工学院的研究人员成功地将一个用钻石做成的量子传感器放在了硅片上。这样的原型产品是我们实现低成本、批量化生产量子传感器的第一步。
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电解的绿色氢能
“绿氢”是通过电解产生的氢气。在电解过程中，水被分解为氢气和氧气，没有任何其他副产物。从历史上看，电解需要消耗大量能量，因此用这种方式生产氢气几乎没有意义。但这种情况正在发生改变。原因有两个，首先，在目前的电网中经常会出现大量没有被消耗的可再生电力。与其将这些过量的电力用电池组储存起来，还不如用它来电解水，以氢能的方式存储。其次，电解器的效率也提高了。
最近，Advanced Ionics 等公司新开发了新型电解器，产生1千克氢气只需要消耗不到40千瓦时的能量。能源公司正在将这些电解器直接集成到可再生能源项目中，以此实现绿氢的规模化生产。
虽然绿氢仍处于起步阶段，但一些国家正在加紧投资这项技术。澳大利亚希望利用丰富的太阳能和风能生产氢气并出口。智利计划在该国干旱但是拥有大量太阳能电力的北部生产氢能。中国的目标则是在 2030 年以前让上百万辆氢燃料电池汽车上路。
全基因组合成技术
全基因组合成是正在蓬勃发展的合成生物学的又一次延伸。研究人员可以使用软件设计基因序列，合成后再导入微生物体内。也就是说，研究人员可以对微生物编程，实现某些特定的功能，比如让细菌合成某种新型药物。
设计包含数百万个核苷酸的基因组（比如细菌和酵母菌的基因组）已经变得越来越容易。合成这样大小的基因组能把微生物变成工厂，这座工厂不仅能够生产药物，还能生产其他产品。比如，它们可以被设计为持续生产某些化学物质、燃料和新型建筑材料的工厂。而生产原材料也只是非食物类的生物质，甚至是被看作废气的二氧化碳。
很多科学家还希望能够合成更大的基因组，比如来自植物、动物和人类的基因组。要实现这一点，我们还需要加大对设计软件、合成设备和组装设备的投入。如果资金充足，在近10年内就有可能实现合成包含数十亿个核苷酸的基因组。
对此，科学家已经设想出了很多值得期待的应用场景，比如设计能抵抗病原体的植物，极其安全的人类细胞系（可以不受病毒、癌症和辐射的影响，因此可以用于开发细胞疗法）。在未来，随着技术的发展，科学家一定会掌握合成人类自身基因组的能力，这或许可以让医生治疗几乎所有的遗传疾病。