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出品 | 科技最前线 作者 | IAN 英国有本非常著名的杂志叫《自然》。 它是世界历史最悠久，且最有名望的科学杂志之一，内容涵盖全球科学领域最前沿的研究成果。 《自然》及《科学美国人》杂志封面 而这本杂志还有个更受读者欢迎“姐妹出版物”：《科学美国人》，它跟《自然》最大的区别就是对于科学这件事，后者更热衷于“说人话”。 自创刊173年来《科学美国人》被读者公认为是：最大众化的高水平学术期刊。 北京时间9月19日上午，《科学美国人》杂志与世界经济论坛联合发布了一份榜单：2018年全球十大新兴技术 榜单中10项技术的官方示意图
除了这份榜单的权威性外，官方还用了3个“一定”去描述这次被选中的10个技术： 1.一定能在未来3-5内，为社会和经济提供重大帮助； 2.一定具有潜在颠覆性，能够改变行业或既定的行事方式； 3.一定处于相对早期的开发阶段，还没有被广泛使用。 可以说是权威中带着客观，客观里还有一丝调皮，很符合杂志的调性了，也难怪爱因斯坦最喜欢在这里发文章。 下面就来详细看下这份榜单中最前沿的技术，有多少是你听说过的，又有多少超出了你的认知。 1AR增强现实技术 除了“玩”，还会在各个领域有更广泛的应用 这项技术炒挺多年了，它的原理其实很简单：
我们都知道，人类和计算机信息的交互需要通过电脑来完成，和现实世界之间的交流则不需要介质，如果计算机生成的信息可以与现实世界融合，其带来最大的改变是： 1.计算机信息的呈现，会更多元、直观、有血有肉； 2.我们与计算机交流的方式也更丰富。 相比于目前的“偶尔用AR玩一玩”，未来将有大量面向消费者的应用软件用到AR技术： 可视化学习 建筑设计领域 交通辅助系统 体育竞技 AR技术其实已经开始走向大众市场，有分析公司认为：
而我们普通消费者，体验“真AR技术”的门槛暂时还比较高，但乐观的是我们已经“有机会”去体验。 随着支持AR的硬件成本降低，其高效、高精准的属性将对整个工业，制造业，设计行业，教育行业产生颠覆性地改变，甚至会直接改变我们的生活方式。 2私人订制的医疗方案 未来，每人都会有一套伴随终身的“基因病历” 以往的对于疾病的治疗，大多是：一种确诊病，对应一种治疗方案，其技术瓶颈是对病源的诊断，还无法达到足够高的精度。 但过去十年里，随着“组学”（omics）技术的巨大进步，现在已经能够快速、可靠、廉价地对人的整个基因组、蛋白组、代谢组等等进行测序。 这一系列“组”里面包含着每个人的身体状况，然后结合AI对这些数据进行挖掘，筛选，比对，就可以精准定位患者的疾病到底是由哪些分子引发。 医生就可以针对不同患者，进行定制化治疗。 同时，这些数据又会成为伴随每个人一生的“医疗数据集”，像一本庞大的分子病例，它记录着你身上发生过，正在发生，以及即将会发生的一切变化。 病毒基因组示意图 目前，这种高通量组学技术与AI技术相结合的诊断方法已经临床应用于癌症、子宫内膜异位症、自闭症、帕金森症和阿尔茨海默症等疾病的治疗。 3AI协助分子合成 一切新材料，新药等的研发过程将会更高效 在分子合成领域最大的难点在于：无法快速规避合成时的失败反应以及副作用。在AI中，机器学习算法则通过分析所有已知的过去实验，设计新分子的合成步骤，可极大地提高分子合成的成功率。 举两个例子：
传统逆合成分析法示意图
AI算法探索不同的化学翻译路径 与分子合成相同，在新材料和新化学品的研发过程中，最大的难点在于：无法有效排除实验结果对健康和安全的影响。而在AI的辅助下则可以用最低的成本，高效地排除这些风险。 4会辩论的人工智能 AI已经可以理解人类的自然语言，并自然地反馈 在今年6月，IBM 开发的人工智能 Project Debater 在旧金山同 2 位人类顶尖辩手举行了 2 场辩论比赛，人工智能成功取得了一场胜利。
IBM 人工智能与以色列国际辩论协会主席 Dan Zafrir 而这次辩论与以往不同的是，在比赛之前 Project Debater 并不知道辩题是什么。除了辩论开始的问候和笑话之外，论辩的陈述都是 Project Debater 自由发挥的，没有固定陈述词。 当它获得一个新的话题时，它需要自行查找素材，理解辩题，组织语言，甚至根据人类对手的陈诉进行反驳。
IBM 人工智能与以色列全国辩论冠军Noa Ovadia 这项技术已经开发了5年，相比其他语言类AI技术而言，它的强大之处是：不仅可以自行理解人类的自然语言，还能检测到语言中所包含的情绪，最终给出一个“最人类”的反馈。 5可植入的制药细胞 已经发现可以让植入细胞“隐身”的材质 目前的研究成果，已经可以确定在人体植入某些可以释放药物的健康细胞，对于病症的治疗会更高效，且成本更低。 但植入细胞与免疫系统的“争斗”又始终难以得到解决。 以糖尿病为例，在体内直接植入可以正常制造胰岛素的胰岛细胞，会被人体免疫系统干扰而失效，而使用免疫抑制剂又会对人体产生巨大副作用。
胰岛细胞被免疫系统攻击 过去几十年，科学家曾研究出一种方法来封装被攻击的细胞，但用来封装的保护膜，依然会被免疫系统作为外来物攻击，最终导致细胞死亡。 2016年，麻省理工学院的研究团队在筛选了上百种材料之后，选择了一种经过化学改造的藻酸盐凝胶作为保护膜，这种材质可以保证免疫系统无法“识别”和“攻击”，并保证了细胞营养的供给。 可以说这类“治病胶囊”从内部制药细胞的提取，到胶囊壳的材质问题都已经得到了解决，在未来几年，这项技术将对医学领域产生巨大的影响。 6人造肉正在发展 成本降低后，将彻底解决伦理和环境问题 人造肉是由动物身上提取的肌肉样本培育而成。全球第一块人造汉堡肉饼发明公司 Mosa Meat 表示： 一份从牛身上采集的组织样本，足够生产 8 万个牛肉汉堡。
Impossible Foods汉堡肉 而人造肉也有两个很难逾越障碍：成本及口味。目前来看在成本上已经取得了一些突破：
Mark Post 教授和他的汉堡 按照这个趋势发展，几年内就将出现物美价廉的人造肉，成为传统肉类的竞品，并逐渐改变我们的饮食习惯，对伦理和环境这两个难以克服的问题来说，也更加友好。 7电刺激疗法的进展 对人的伤害更小，也有了更广的应用范围 这种疗法，其实并没有我们想象的那么不堪。 神经电刺激器是通过电流脉冲治疗疾病的设备，在药学界已经有非常悠久的历史，目前常见的应用有：心脏起搏器、耳蜗植入物以及治疗帕金森病的深脑电极刺激。 而目前这种技术又多了一些验证有效的应用领域：
迷走神经刺激治疗慢性心衰竭
相比VNS，后者的进步在于这种设备是非植入式的，其手术成本极低，对人体的损伤也更小。 随着这项技术的进步，一些需要长期依赖药物治疗的慢性病患者，在几年内将会有更好的选择。 8人为控制驱动基因 上帝之手，可以改变甚至彻底消灭一个物种 基因工程目前已经可以实现对基因进行“改造”，而现在又有了一项新的技术：可以人为控制含有某一遗传因子的子代数量。 简单讲就是：已经找到并可以成功改造一种能控制后代繁衍的基因（我们称之为“驱动基因”）。 它在很多方面对人类有益：比如使携带病毒的昆虫逐渐减少，或修改害虫基因降低繁衍数量，提升粮食产量等。
携带疟疾的蚊子 同时，为了防止改造过基因的物种扩散到野外，影响其他物种正常繁衍，或被用作生物武器破坏农业生产，有研究团队还发明了一个驱动开关：只有传递某种特殊物质，才能使驱动基因起作用。
基因驱动机制示意图 但这项技术的未知风险很大，其带来的副作用也许会比正面作用更难以预测。因为这种控制，相当于加速了改造基因对原有生态环境的改变。 9等离子激元材料 从高敏生物探测器，到会隐形的斗篷 早在2007年，加州理工学院的哈里·阿特沃特 （Harry a . Atwater） 就曾撰文预测：“等离子体”（plasmonics）技术可能会被投入到非常广泛的应用中。 而10年后的现在，等离子体技术已经进入商业化阶段，而更多的应用也正在从实验室走向市场。
等离子体极化溅射波 这项技术依赖于电磁场和金属中自由电子的相互作用，这种作用决定了材料的导电和光学性能。 那么，通过限制材料的大小，则可以控制其自由电子的振荡频率，从而控制这种材料是否发光或导电。 目前这项技术应用最广泛的领域是检测化学或生物中的成分，将一种等离子体纳米材料包裹在特定的分子上，可以通过光线反馈检测到分子是否存在。
金纳米球、片、棒上生长金银合金纳米岛 已有初创公司在开发基于这项技术的应用：
在科学领域，材料常常是限制技术发展的主要障碍，而这种“超材料”的出现，在未来将让更多领域的技术得以真正实现。 10量子计算机算法 现在已经有更适应量子计算机的算法诞生 量子计算机特有的叠加、纠缠特性，使其在解决特定问题时比任何传统计算机都更高效，但其副作用也非常明显和致命： 一个被称为退相干（decoherence）的过程可以破坏它的功能。  世界上最先进的量子计算机之一 IBM Q 得益于 NISQ 量子计算机（指那些拥有 50-100 量子比特、以及高保真量子门的设备）已向全球开放，目前全世界的研究人员已经在进行大量专门针对 NISQ 的算法研究，这对量子技术的发展带来了极大的推动作用。 目前在 NISQ 上的出现的两种算法，被认为有非常广阔的前景： 1.模拟算法：可以提高从能源到健康科学等领域的新材料设计效率（上文有提到）。 2.机器学习：从大数据集或经验中学习，以及根据现有的统计样本生成新的样本。
量子计算机和传统计算机之间的区别 测试结果表明：目前量子计算机在这两个领域的计算效率，已经远超最先进的传统计算机，随着量子计算的硬件和算法的继续发展，其带来的改变可能是推动整个人类文明的发展进程。 这份关于未来的榜单，《科学美国人》基本每年都会发布一次，。 除了对这一年的重大科技进展做个总结，其更重要意义在于：让身处科学事业之外的大多数人，对即将发生的一切有所准备。 即使我们面对未来往往是被动的，但在另一个维度里，这份准备必定能让它来的更快。 当明年的此刻再回看这份榜单，也许我们已经在用这些技术，创造着另一个新的未来。
参考资料： 1.Top 10 Emerging Technologies of 2018 - Scientific American 2.环球科学 - huanqiukexue.com |
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