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《科學(xué)美國人》發(fā)布了特別報(bào)道“2016十大新興科技”，通過這十項(xiàng)技術(shù)展示了創(chuàng)新的力量，展現(xiàn)改善生活、改變工業(yè)、保護(hù)我們地球的愿景。

我們現(xiàn)在正處于交通運(yùn)輸?shù)淖兏?，從人工駕駛變?yōu)樽詣?dòng)駕駛。自動(dòng)駕駛汽車對(duì)社會(huì)的長期影響很難預(yù)測，也難以夸大。唯一確定的是，當(dāng)這種技術(shù)變得普遍存在時(shí)，生活將變得不同。谷歌和其他公司近年來對(duì)自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行了大量的測試，并取得了矚目的成就。這些汽車可以處理來自車載雷達(dá)、攝像機(jī)、超聲波測距儀、GPS等傳來的大量信息，無需人的參與即可判斷路況信息。

自動(dòng)駕駛汽車也具有它的缺點(diǎn)，但是，大范圍推廣自動(dòng)駕駛汽車只是時(shí)間上的問題，也許某一天，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車的存在，出租車司機(jī)可能將不再是一個(gè)職業(yè)。

物聯(lián)網(wǎng)由廉價(jià)微型傳感器和微型處理器構(gòu)成，配以微型電源和無線天線。近年來，物聯(lián)網(wǎng)得到了快速發(fā)展，從普通的電腦和移動(dòng)設(shè)備到恒溫器、汽車、門鎖、甚至寵物追蹤器，物聯(lián)網(wǎng)無處不在。

科學(xué)家已經(jīng)開始縮小傳感器的尺寸，從毫米或微米縮小到納米尺寸，小到足以在活體中循環(huán)或直接混合到建筑材料中。許多納米傳感器已由非生物材料制成，如碳納米管，可以感知和發(fā)送信號(hào)，并作為無線納米天線使用。這是關(guān)鍵的第一步，將醫(yī)藥、能源效率和許多其他領(lǐng)域帶入一個(gè)全新的維度。

當(dāng)納米物聯(lián)網(wǎng)的時(shí)代來臨時(shí)，納米物聯(lián)網(wǎng)可以提供關(guān)于我們的城市、房屋、工廠甚至是我們身體的更加詳細(xì)、廉價(jià)和最新的圖片。今天的交通信號(hào)燈、衣物或監(jiān)控?cái)z像頭都將連接到互聯(lián)網(wǎng)。接下來，數(shù)十億的納米傳感器收集大量的實(shí)時(shí)信息并傳送到云端。

太陽能和風(fēng)能的容量一直在增長，但太陽會(huì)落山、風(fēng)可以反復(fù)無常。雖然每年風(fēng)電場越來越大，太陽能電池變的更高效，但是這些可再生能源卻僅能滿足不到5%的全球電力需求。在許多地方，由于缺乏廉價(jià)、可靠的技術(shù)來存儲(chǔ)多余的能量，可再生能源則屬于小眾角色。更好的電池技術(shù)可以解決這個(gè)問題，使零排放可再生能源增長的更快，更容易給12億人帶來可靠的電力。

在過去的幾年中，新型電池技術(shù)已經(jīng)證明可以提供足夠的電量為整個(gè)工廠、城鎮(zhèn)供電，甚至將“迷你電網(wǎng)”連接到偏遠(yuǎn)的鄉(xiāng)村。這些電池技術(shù)基于鈉、鋁或鋅。避免使用重金屬和鉛酸電池中的腐蝕性化學(xué)物，并且更廉價(jià)、更安全。新技術(shù)更適用于嚴(yán)重依賴太陽能或風(fēng)能的傳輸系統(tǒng)。

但是目前，仍然沒有一項(xiàng)理想的電池技術(shù)，電池技術(shù)仍然有待改進(jìn)。

CEO和社會(huì)名流無需花費(fèi)太多的時(shí)間處理無趣、耗時(shí)的日常生活，他們的助理會(huì)幫他們解決這些事情。但是不久的將來，由于開放的人工智能生態(tài)系統(tǒng)的存在，每一個(gè)人都可負(fù)擔(dān)得起這項(xiàng)“奢侈”的活動(dòng)。

在未來幾年內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)的互連再加上物聯(lián)網(wǎng)和個(gè)人資料，所有的事情都可通過與人工智能對(duì)話解決，并為數(shù)以百萬計(jì)的人們帶來更高的效率和更好的健康和幸福。

2005年產(chǎn)生了一項(xiàng)突破，科學(xué)家演示了一種方法，使用基因工程使神經(jīng)元響應(yīng)特定顏色的光，這項(xiàng)技術(shù)稱為光遺傳學(xué)。

通過將一個(gè)或多個(gè)視蛋白基因插入老鼠特定的神經(jīng)元中，生物學(xué)家們能夠使用可見光打開或關(guān)閉特定的神經(jīng)元。多年來，科學(xué)家開發(fā)了不同的蛋白質(zhì)應(yīng)對(duì)不同的顏色，范圍從深紅色到綠色到黃色到藍(lán)色。通過把不同的基因放到不同的細(xì)胞中，他們用不同顏色的光脈沖來激活神經(jīng)元，然后周邊的“鄰居”就會(huì)處于精確的時(shí)間序列。

這是一項(xiàng)重要的進(jìn)步，因?yàn)樵诨铙w大腦中，時(shí)間就是一切。同一信號(hào)，發(fā)出時(shí)間不同可能會(huì)有不同的效果。光遺傳學(xué)的發(fā)明大大加速大腦科學(xué)進(jìn)步的步伐，打開了治療大腦疾病新的大門。

2010年，Wyss研究所的Donald Ingber開發(fā)了業(yè)界首個(gè)“肺器官芯片（a lung-on-a-chip）”。隨后業(yè)界迅速效仿，Donald Ingber與業(yè)界和政府建立了合作伙伴關(guān)系。到目前為止,各大團(tuán)隊(duì)紛紛報(bào)道成功制作了微型肺模型、肝模型、腎模型、心臟模型、骨髓模型和角膜模型。

器官芯片技術(shù)可以讓科學(xué)家們看到生物機(jī)制和從未見過的生理行為。此外，器官芯片還將推動(dòng)企業(yè)開發(fā)新的藥物，允許其他研究組織探索利用器官芯片的個(gè)性化醫(yī)療，降低藥物測試對(duì)動(dòng)物的依賴。

目前，晶硅太陽能電池主導(dǎo)著光伏市場，晶硅太陽能電池技術(shù)仍然是太陽能電池領(lǐng)域最為成熟的技術(shù)。但是，生產(chǎn)晶體硅極其耗能，并且工藝復(fù)雜這限制了晶硅太陽能電池的發(fā)展。

鈣鈦礦太陽能電池技術(shù)是近幾年迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)太陽能電池技術(shù)，極具發(fā)展前景。鈣鈦礦薄膜2009年首次被開發(fā)出來僅僅具有不到4%的轉(zhuǎn)換效率，發(fā)展至今，轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)超過了22%。

但是，目前鈣鈦礦太陽能電池仍然具有一些重要的問題急需解決。首先，鈣鈦礦太陽能電池暫時(shí)還無法達(dá)到晶硅太陽能電池一樣的尺寸。其次，穩(wěn)定性不夠，鈣鈦礦太陽能電池使用壽命很短，最多只有幾個(gè)月的時(shí)間，而晶硅太陽能電池可以達(dá)到二十年。最后，鈣鈦礦太陽能電池含有鉛元素，會(huì)污染環(huán)境。

雖然如此，鈣鈦礦太陽能電池仍然是一項(xiàng)新興技術(shù)，通過搭配新興電池技術(shù)，鈣鈦礦太陽能電池將會(huì)改變12億人目前缺乏可靠電力的情況。

生物化工生產(chǎn)要想真正騰飛，就必須與傳統(tǒng)化工生產(chǎn)的價(jià)格和性能進(jìn)行比較。多虧了系統(tǒng)代謝工程這門學(xué)科，現(xiàn)在離這個(gè)目標(biāo)更近了。近來，隨著合成生物學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)和進(jìn)化工程的發(fā)展，工程師現(xiàn)在能夠創(chuàng)建生物系統(tǒng)生產(chǎn)采用常規(guī)方法難以生產(chǎn)的化學(xué)品。

系統(tǒng)代謝工程也被用來創(chuàng)建酵母菌株，生產(chǎn)治療疼痛的阿片類藥物。世界范圍內(nèi)這些藥物被廣泛的需求，特別是在發(fā)展中國家，用以治療疼痛。

當(dāng)生化生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到大型工業(yè)級(jí)別時(shí)，避免與糧食生產(chǎn)爭奪土地以及將工程微生物意外釋放到環(huán)境中將是極為重要的。盡管這些工程微生物在野外環(huán)境中可能會(huì)處于極為不利的條件，但是在容器中安全的保存這些工程微生物并造福人類也許是更好的選擇。

區(qū)塊鏈技術(shù)是比特幣數(shù)字貨幣背后的技術(shù)，是一個(gè)分散的公共事務(wù)分類賬簿，沒有一個(gè)人或公司擁有或控制。相反，每個(gè)用戶可以訪問整個(gè)區(qū)塊鏈，從一個(gè)賬戶到另一個(gè)賬戶的每一筆資金的轉(zhuǎn)移都會(huì)安全可查的記錄在案。區(qū)塊鏈的副本分布在世界范圍內(nèi)的各個(gè)角落，被認(rèn)為是有效的防篡改措施。

跟互聯(lián)網(wǎng)一樣，區(qū)塊鏈?zhǔn)情_放的全球性基礎(chǔ)設(shè)施，可在其基礎(chǔ)之上建立其他的技術(shù)和應(yīng)用。其允許人們繞過傳統(tǒng)的中間商，從而降低甚至消除交易成本。

通過使用區(qū)塊鏈，個(gè)人可以在沒有銀行賬戶的情況下安全地交換金錢或購買保險(xiǎn)。區(qū)塊鏈技術(shù)允許陌生人在沒有律師的情況下記錄簡單、可行的合同。它可以出售房地產(chǎn)、活動(dòng)門票、股票和任何其他類型的財(cái)產(chǎn)而無需經(jīng)紀(jì)人的幫助。

比特幣確實(shí)導(dǎo)致了一些違禁品的濫用交易，區(qū)塊鏈技術(shù)的不法應(yīng)用也是不可避免的。但是，區(qū)塊鏈技術(shù)具有提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾[私、安全和自由的潛力，提高生活的幸福感和自由度。

二維材料是近期興起的一類新材料，包括石墨烯、六方氮化硼等一系列材料。但是，更多的二維材料目前僅僅是理論上可行，還沒有實(shí)際制備合成。

這種單層材料的革命起始于2004年，當(dāng)時(shí)兩名科學(xué)家開發(fā)了二維石墨烯。石墨烯具有很多優(yōu)點(diǎn)，包括輕質(zhì)、透明和超高遷移率。起初，石墨烯價(jià)格昂貴，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，石墨烯價(jià)格不斷降低。

現(xiàn)在，石墨烯已經(jīng)用于制造柔性傳感器中，當(dāng)添加到聚合物中，石墨烯還可生產(chǎn)更大強(qiáng)度的、更輕的飛機(jī)機(jī)翼和自行車輪胎。

每開發(fā)出一種新材料時(shí)，毒性問題都是廣為關(guān)注的。十年來對(duì)石墨烯的毒性研究仍然沒有結(jié)果，但是研究仍在繼續(xù)。

目前，科學(xué)家們?nèi)栽趯?duì)石墨烯進(jìn)行廣泛的研究，希望通過其獨(dú)特的性質(zhì)擴(kuò)大石墨烯的應(yīng)用。