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這些是2021年的十大新興技術

 在第26屆聯合國氣候變化大會上,各國承諾在本十年內實現遠大的減少溫室氣體排放的新目標。這些承諾的履行將有賴于綠色技術的發展和其應用規模的擴大。

    兩項這樣的技術——“綠色”氨的生產和能自己生產肥料的工程作物——都旨在幫助農業實現更加可持續的發展,入選了今年的新興技術名單。

     十大新興技術

    從可以診斷疾病的呼吸傳感器到低功率設備的無線充電,今年的頂級新興技術名單里充滿了與環境、健康、基礎設施和連接性有關的振奮人心的技術發展。專家們從幾十項提名中篩選出了一組有可能顛覆現狀,刺激真正進步的新技術發展。

     以下是2021年的十大新興技術。

去碳化的興起

     自科學家們提出地球大氣層中過量的二氧化碳會導致熱量滯留并造成地球變暖以來,一個世紀已經過去,期間,全球正在努力推動日常生活各方面的去碳化。各國政府和行業做出了減少碳排放的開創性承諾。

在未來三到五年內,履行這些承諾將需要前所未有的技術創新,并將新興技術的應用規模擴大至工業生產水平,如:大規模能源儲存、低/無碳化學來源、振興鐵路運輸、碳封存、低碳農業、零排放車輛和動力源,以及在全球范圍內商定的達標性監測。

自己制造肥料的作物

     今天,全世界每年使用超過1.1億噸的氮肥來提高作物產量。如果作物能夠像大豆和黃豆等豆科植物那樣,自己捕獲氮,以氨的形式將其“固定”在自己身上,會怎么樣?作為最重要的新興技術之一,研究人員現在的目標是讓其他作物,如玉米和其他谷物也能實現自我施肥。

     比如說,研究人員正努力模擬豆類和細菌之間的共生分子交流,以創造根瘤——豆類的天然肥料工廠。另一種方法是,使通常定植于谷物根部的土壤細菌(但通常不產生根瘤)學會產生氮化酶,氮化酶是一種將大氣中的氮轉化為與植物兼容的氨的關鍵成分。

吹氣以診斷疾病

    很快,對病人來說,測試疾病可能就會像呼氣一樣簡單。新的呼吸傳感器可以通過對人類呼吸中包含的800多種化合物的濃度進行采樣來診斷疾病。例如,人體呼吸中的丙酮含量升高表明病人患有糖尿病。在呼吸化合物流過金屬氧化物半導體時,這些傳感器會感知到電阻的變化。然后算法會分析傳感器的數據。

雖然這項新興技術在得到普及之前還需完善,但于2020年3月在中國武漢進行的一項研究中,傳感器在新冠肺炎病毒檢測方面達到了驚人的95%的準確率,在鑒別患者方面呈現了100%的靈敏度。

按需生產藥品

     今天的藥品通常是大批量生產的,整個生產流程由多個步驟組成,不同的流程部分分布在世界各地。完成這一流程可能需要幾個月的時間,并涉及數百噸的材料,這會給生產一致性和可靠供應帶來一些挑戰?,F在,微流控技術和按需制藥方面的進展使少部分普通藥品能夠按需生產,而且這項技術將覆蓋越來越多的藥品。

    該流程通過管道將材料移入小型反應室,也被稱為連續流制造。在偏遠地區或戰地醫院中,可以通過便攜式機器制造這些藥物,為每個病人量身定做劑量,還需解決的一項挑戰便是降低這種新興技術的高成本。

來自無線信號的電能

    物聯網(IoT)是由數十億的電子設備組成的,這些電子設備的某些功能利用了互聯網的連接性。物聯網傳感器能夠報告對我們日常生活來說至關重要的數據,它們通常是極低功耗設備,但讓其保持充電卻很難,因為電池的壽命是有限的,而且一旦配置好,便往往很難被碰觸到。

隨著5G的出現,現在可以提供足夠功率的無線信號,物聯網傳感器內的微小天線可以從這些信號中“收集”電能。這種新興技術的早期形式早已在自動“標簽”中得到使用,這些標簽由司機通過收費站時發出的無線電信號供電。

設計延長“健康跨度”

    世界衛生組織預測,從2015年到2050年,全球60歲及以上人口的比例將增加近一倍,從12%增至22%。衰老與急性和慢性疾病相伴而行,如癌癥、2型糖尿病、癡呆癥和心臟病。

研究人員已經初步顯示出對衰老的分子機制的了解,這不僅可以幫我們活得更長,而且更健康。利用全息技術(例如,它可以同時量化所有基因活動或細胞中所有蛋白質的濃度)和來自表觀遺傳學的洞察,研究人員得以識別那些能有力預測疾病的生物標記,這就為積極治療提供了方向和目標。

氨走向綠化

     為了滿足世界的糧食需求,通常需要為農作物施由氨生產的肥料——而且是大量的氨。合成化肥用的氨涉及一種稱為哈伯布斯奇流程的能源密集型方法,需要大量的氫氣供應。如今,大部分氫氣是通過電解(利用電力分裂水分子)或通過碳氫化合物的高溫裂解產生的。驅動這兩種方法所需的能源目前導致了大量溫室氣體的排放。

       隨著可再生能源現在變得普遍,一種“綠色”的氫氣變體正被創造出來,它不會釋放溫室氣體。除了消除大氣中多余的碳,綠色氫氣不使用污染性化學品,如果使用化石燃料作為能源,這些化學品則會被納入其中,這種純度能實現更有效的催化作用,以促進氨的生產。

生物標記設備走向無線

     沒有人喜歡針頭。然而,許多常見的急性和慢性疾病需要頻繁地進行或多或少的抽血,以監測那些對追蹤癌癥治療、糖尿病和其他疾病的進展很重要的生物標記。低功率無線通信的進展,以及采用光學和電子探針的新型化學傳感技術,正推動實現對關鍵醫療信息進行連續的無創監測。

超過100家公司已經部署或正在開發適用于各種場景的無線生物標記傳感設備,重點是糖尿?。ㄨb于糖尿病在全球都十分流行)。無線連接性保證數據即時可用,如果需要的話,遠程醫療專業人員可以實時進行干預。用當地材料打印的房屋

     在美國和其他發達國家,用大規模的3D打印機制造房屋已經在有限范圍內得到了推行。在發展中國家,由于基礎設施有限,材料的運輸成為一項挑戰,最近的使用3D打印機的實踐取得了跨越式發展,即用當地采購的材料、粘土、沙子和當地的纖維來打印建筑物——這解決了大約95%的需要運輸到建筑工地的材料問題。

     這種新興技術可以在偏遠地區建造堅固的住所,那里的住房需求非常迫切,而且沒有可行的運輸網絡。對那些經常被拋在后面的國家來說,這一結果可能會改變行業規則。

空間連接全球

     物聯網(IoT)中的傳感器可以記錄和報告有關天氣、土壤條件、濕度、作物健康、社會活動和無數其他有價值的數據集的重要信息。最近,隨著近地軌道上無數低成本的微型衛星的出現,它們能夠在全球范圍內捕獲這些數據并下載到中央設施進行處理,物聯網將前所未有了解全球范圍的情況——包括以前無法實現網絡接入、沒有傳統互聯網基礎設施的發展中地區。

     諸如安全數據鏈接功率較低和近地軌道衛星壽命期短的問題仍然存在,但按照目前穩定的進展,有望在未來三到五年內實現全球推行。


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