下面是小编为大家整理的2020年度十大新兴技术报告,供大家参考。
插图：Vanessa
Branchi
内容
3 导言
4 1微针用于无痛注射和测试
6 2太阳动力化学
8 3虚拟病人
10 4空间计算
12 5数字医学
14 6电力航空公司
16 7低碳水泥
18 8量子传感
20 9绿色氢
22 10全基因组合成
24 致谢
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2020年11月 2020年十大新兴技术
导言
专家们强调了取得的进展 改变工业、医疗和社会的潜力
该小组由科学美洲组织和世界经济论坛召集，筛选了超过75个提名。
如果检测冠状病毒疫苗所需的数千名人类志愿者中的一些人可以被数字复制品所取代——其中之一 年度十大新兴技术-COVID-19疫苗可能已经开发得更快，拯救了无数的生命。
不久，虚拟临床试验可能成为测试新疫苗和疗法的现实。
清单上的其他技术可以通过使空中旅行通电和使阳光能够直 接为工业化学品的生产提供动力来减少温室气体 的排放。
随着“空间”计算，数字和物理世界将以超越虚拟现实壮举的方式整合。
利用量子 过程的超灵敏传感器将为之奠定基础 例如可穿戴的大脑扫描仪和可以在角落看到的车辆。
这些技术和其他新兴技术已被一个国际专家指导小组挑选出来。
该小组由科学美洲组织和世界经济论坛召集，筛选了超过75个提名。
要想获得成功，技术必须具有潜力 通过超过既定的做事方式来刺激社会和经济的进 步。
它们还需要新颖（即目前尚未广泛使用），但可能在今后三至五年内产生重大影响。
指导小组开会（实际上）是为了减少候选人，然后在做出最后决定之前仔细评估前跑者。
我们希望你能受到以下报告的启发。
2020年十大新兴技术 3
作者 伊丽莎白·奥日
药物
无痛注射和试验用微针
前往医疗实验室的次数减少，使护理更加方便 1
针头对皮肤的临时温和穿孔增强了治疗剂的通过。
几乎看不见的针头，或“微针”，即将迎来一个无疼痛注射和血液检测的时代。
无论是附在注射器还是贴片上，微针通过避免与神经末梢接触来预防疼痛。
通常长度为50-2，000微米(大约一张纸的深度 纸张)和1-100微米宽（大约人类头发的宽度），它们穿透皮肤的死顶层，进入第二层-表皮-由存活的细胞和称为间质液的液体组成。
但大多数人不接触，或者仅仅接触到神经末梢所在的真皮底层，以及血液、淋巴管和结缔组织。
许多微针注射器和贴片应用已经可以用于注射疫 苗，更多的应用在临床试验中，用于治疗糖尿病、癌症和神经病理性疼痛。
因为这些装置将药物直接插入表皮或真皮，所以它们提供药物的效率比熟悉的透皮贴片要高得多，而透皮贴片依赖于通过皮肤的扩散。
今年，研究人员推出了一种治疗皮肤病的新技术，如银屑病、疣和某些类型的癌症：将星形微针混合到治疗乳膏或凝胶中。
针头对皮肤的临时温和穿孔增强了治疗剂的通过。
许多微针产品正在走向商业化，用于快速、无痛地提取血液或间质液，并用于诊断测试或健康监测。
针头形成的小洞会引起表皮或真皮的局部压力变化，迫使间质液体或血液进入收集装置。
如果针头与生物传感器耦合，这些设备可以在几分钟内直接测量指示健康或疾病状态的生物标记
物，如葡萄糖、胆固醇、酒精、药物副产品或免疫细胞。
有些产品将允许在家里完成抽签，并邮寄到实验室或现场分析。
至少有一种产品已经为这种使用扫清了监管障碍。
美国和欧洲最近批准了第七感生物系统的TAP采血装置，使外行人能够采集 一份自己的血样，无论是送到实验室还是自我监测。
在研究环境中，微针还与无线通信设备集 成，以测量生物分子，使用测量来确定适当的药物剂量，然后交付 这一剂量-一种可以帮助实现个性化医学的承诺的方法。
微针设备可以使测试和治疗能够在服务不足的地区进行，因为它们不需要昂贵的设备或大量的培训来管理。
Micron Biomedical开发了一种易于使用的设备：
一个绷带大小的补丁，任何人都可以应用。
另一家公司Vaxxas正在开发一种微针疫苗贴片，在动物和早期人类测试中，仅用普通剂量的一小部分就能产生增强的免疫反应。
微针还可以降低传播血源性病毒的风险，减少常规针头处置的危险废物。
微小的针头并不总是一个优势；当需要大剂量时，它们是不够的。
不是所有的药物都能通过微针，也不是所有的生物标记都能通过微针取样。
需要更多的研究来了解诸如病人的年龄和体重、注射部位和递送技术等因素如何影响基于微针的技术的有效性。
尽管如此，这些无痛的刺刀预计将大大扩大药物的输送和诊断，随着调查人员设计方法将它们用于皮肤以外的器官，新的用途将出现。
微
针
通
常
宽
1-100
微
米
（
大约是人类头发的宽度）。
作者 哈维尔·加西亚·马丁内斯
化学工程
太阳动力化学 可见光可以驱动将二氧化碳转化为普通材料的过程 2
一种新的方法利用阳光将废弃的二氧化碳转化为这些需要的化学物质。
许多对人类健康和舒适重要的化学物质的制造消耗了化石 燃料，从而促进采掘过程、二氧化碳排放和气候变化。
一种新的方法利用阳光将废弃的二氧化碳转化为这些需要的化学物质，有可能以两种方式减少排放-通过使用不需要的气体作为原料，而阳光，而不是化石燃料，作为生产所需的能源。
由于阳光活化催化剂或光催化剂的进步，这一过程变得越来越可行。
近年来，研究人员开发了打破二氧化碳中碳和氧之间的抗双键的光催化剂。
这是创建“太阳能”炼油厂的关键第一步，该炼油厂从废气中产生有用的化合物-包括可作为合成药 物、洗涤剂、肥料和纺织品等各种产品的原材料的 “平台”分子。
光催化剂通常是半导体，需要高能紫外光才能产生 参与二氧化碳转化的电子。
然而，紫外线既稀缺 （仅占阳光的5%），也有害。
因此，开发在更丰富和更良性的可见光下工作的新催化剂一直是一个主要目标。
这一需求正在通过对现有催化剂（如二氧化钛）的组成、结构和形貌进行仔细的工程来解决。
虽然它能有效地将二氧化碳转化为其他分子，但仅仅是在紫外光的作用下，将其与氮掺杂会大大降低所需的能量。
的 改变的催化剂现在只需要可见光就能产生广泛使用的化学物质，如甲醇、甲醛和甲酸-在粘合 剂、泡沫、胶合板、橱柜、地板和消毒剂的制造中共同重要。
目前，太阳化学研究主要在学术实验室进行，包括在加州理工学院与劳伦斯合作经营的人工光合作用联合中心 伯克利国家实验室；一个总部设在荷兰的大学、工业、研究和技术组织的合作称为日出财团；以及德国穆海姆的马克斯·普朗克化学能源转换研究所的多相反应部。
一些初创企业正在采取不同的方法 将二氧化碳转化为有用的物质；即利用电来驱动化学反应。
如果电力来自化石燃料的燃烧，使用电力来驱动反应显然不会像使用阳光那样对环境友好，但依靠光伏发电可以克服这一缺点。
在阳光驱动下将二氧化碳转化为化学品方面取得的进展肯定会在未来几年被初创企业或其他公司商业化和进一步发展。
然后，化学工业——通过将今天的二氧化碳转化为有价值的产品——将向成为真正的、无废物的循环经济的一部分迈进一步，并帮助实现产生负排放的目标。
创造能作为合成药物、洗涤剂、肥料和纺织品的原料的分子。
作者 丹尼尔·E·赫塔多和索菲娅·M。
Velastegui
保健
虚拟病人
用模拟代替人类可以使临床试验更快、更安全 3
那些不太可能奏效的潜在疫苗本可以及早发 现，降低试验成本，避免在活的志愿者身上测试不良的疫苗候选者。
每天，似乎有一些新的算法使计算机能够以前所未有的准确性诊断疾病，更新了计算机很快将取代医生的预测。
如果电脑也能取代病人呢？ 例如，如果虚拟人类可以在冠状病毒疫苗试验的某些阶段取代真实的人，它就可以加快预防工具的开发，减缓这一流行病。
类似地，那些不太可能起作用的潜在疫苗本可以及早发现，降低试验成本，避免在活的志愿者身上测试劣质疫苗候选者。
一些 在“硅医学”的好处，或测试药物和治疗的虚拟器官或身体系统，以预测一个真正的人将如何对治 疗。
在可预见的未来，在后期研究中需要真正的病人，但在硅质试验中，将有可能对安全性和有效性进行快速和廉价的第一次评估，从而大大减少实验所需的活体人体受试者的数量。
通过虚拟器官，模型开始于将从一个人的实际器官的非侵入性、高分辨率成像中提取的解剖数据输入到控制该器官功能的机制的复杂数学模型中。
在强大的计算机上运行的算法解决了生成的方程和未知数，生成了一个看起来和行为类似的虚拟器官 是真的。
在一定程度上已经在进行硅质临床试验。
例如，美国食品和药物管理局(FDA)正在使用计算机模拟来代替人类试验来评估新的乳房X线摄影系统。
该机构还发布了设计包括虚拟病人在内的药物和设备试验的指南。
除了快速的结果和减轻临床试验的风险外，在硅医学中还可以用来代替所需的危险干预 诊断或计划治疗某些疾病。
例如，心脏流量分 析，一种由FDA批准的基于云的服务，使临床医生 能够根据病人心脏的CT图像来识别冠状动脉疾病。心流 系统利用这些图像构建了血液流经冠状动脉的流体动力学模型，从而识别异常情况及其严重程度。
如果没有这项技术，医生将需要进行侵入性血管造影来决定是否和 如何干预。
对个别患者的数字模型进行实验也可以帮助个性化治疗，以治疗任何情况，并已用于糖尿病护理。
硅医学背后的哲学并不新鲜。
创建和模拟数百个以下对象的性能的能力 操作条件几十年来一直是工程的基石，例如设计电子电路、飞机和建筑物。
它在医学研究和治疗中的广泛实施仍然存在各种障碍。
首先，必须确认这项技术的预测能力和可靠性，这将需要几个进展。
其中包括一代人 高质量的医疗数据库，从一个庞大的，种族多样化的病人基础，有妇女和男子；完善数学模型，以解释许多相互作用的过程 在身体中；以及进一步修改人工智能方法，这些方法主要用于基于计算机的语音和图像识别，需要扩展以提供生物学见解。
科学界和行业合作伙伴正在通过Dassault Systemes的活体心脏项目、虚拟生理人类综合生物医学研究所和微软的医疗保健 Nex T来解决这些问题。
近年来，FDA和欧洲监管机构批准了计算机诊断的一些商业用途，但满足监管要求需要大量的时间和金钱。
鉴于医疗保健生态系统的复杂性，为这些工具创造需求具有挑战性。
在硅医学中，必须能够为患者、临床医生和医疗保健组织提供成本效益价值，以加速他们对该技术的采用。
作者 科林娜·E·莱森和杰弗里·林
计算
空间计算
虚拟现实和增强现实之外的下一件大事 4
这个场景核心的 “空间计算”是下一步
在物理和数字世界的不断融合中。
想象一下玛莎，一个八十岁的独立生活和使用轮 椅。
她家的所有对象都被数字编目，所有传感器和控制对象的设备都已启用互联网，她家的数字地图已与对象地图合并。
当玛莎从卧室搬到厨房
时，灯光打开，环境温度调节。
如果她的猫穿过她的小径，椅子就会变慢。
当她到达厨房时，桌子移动以改善她对冰箱和炉子的访问，然后在她准备吃饭时移动回来。
后来，如果她上床睡觉时开始跌倒，她的家具就会移位以保护她，并向她的儿子和当地的监测站发出警报。
这个场景的核心是“空间计算”，这是物理世界和数字世界不断融合的下一步。
它做了虚拟现实和增强现实应用所做的一切：将通过云连接的对象数字化；允许传感器和马达相互反应；以及 数字代表现实世界。
然后，它将这些功能与高保真空间映射相结合，使计算机“协调器”能够跟踪并控制物体的运动和相互作用，就像一个人在数 字或物理世界中航行一样。
空间计算将很快使人机交互在许多行业中达到新的效率水平，其中包 括工业、医疗、交通和家庭。
包括微软和亚马逊在内的主要公司对这项技术进行了大量投资。
正如虚拟现实和增强现实一样，空间计算建立在计算机辅助设计(CAD)熟悉的“数字孪生”概念之
上)。
在CAD中，工程师创建对象的数字表示。
这对双胞胎可以用于不同的三维打印对象，设计新版本的对象，提供虚拟培训，或与其他数字对象一起创建虚拟世界。
空间计算使数字双胞胎不仅是物体，也是人和地点-使用GPS、激光雷达（光探测和测距）、视频和其他地理定位技术来创建一个房 间、建筑物或一个的数字地图 城市。
软件算法将这个数字地图与传感器数据和对象和人的数字表示结合起来，创造一个可以观察、量化和操纵的数字世界，也可以操纵现实世界。
在医学领域，考虑这个未来主义的场景。
一个护理小组被派往一个城市的公寓处理一个可能需要紧急手术的病人。
作为系统 将病人的病历和实时更新发送到技术人员的移动设备和急诊科，它还确定了到达病人的最快驾驶路线。
红灯挡着十字路口的交通和救护车 拉起，大楼的入口门打开，露出一部电梯已经就位。
物体移动 当医护人员拿着担架赶进来时，让开了。
当系统通过最快的路线引导他们到ER时，外科团队使用空间计算和增强现实来绘制整个手术室的编排或规划通过这个病人身体的手术路径。
工业已经接受了专用传感器、数字双胞胎和物联网的集成，以优化生产力，并可能是空间计算的早期采用者。
该技术可以添加基于位置的跟踪到一件设备或整个工厂。
通过戴上增强现实耳机或观看投影全息图像，不仅显示修复指令，而且还显示空...
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