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美国:2016-2045年新兴科技趋势报告(下)

泡杯茶看金融
2017-02-17
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3.2混合现实(第6页)

虚拟现实和增强现实(VR和AR)技术已经在消费电子市场激发了极大的热情,各科技公司也迅速的开始进入这个市场。在2014年收购Oculus VR之后,Facebook将在今年推出他们首款VR眼镜。三星,索尼,宏达也计划在今年推出VR产品。资本的涌进代表了VR将会成为新一代的主流娱乐技术。当然,VR也有在娱乐之外的应用。美国第二大家居装饰用品公司Lowe’s(劳氏公司)正在开发名为Holoroom的一款3D增强现实科技。Lowe’s的客户将可以设计一个空间,然后使用Holoroom进入一个3D模型,体验他们设计的空间感觉如何。

虽然在历史上,市场对VR和AR曾有些过于膨胀的预期,如今的超高清显示,低价的姿势与位置探测器以及高清视频内容给混合现实科技打下了雄厚的基础。在未来的30年里,这些技术将成为主流科技。AR眼镜将把实时相关的信息给用户投放在现实中,而VR眼镜则可以通过融合视觉,听觉,嗅觉和触觉来实现深度沉浸的体验。

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3.3先进材料(第7页)

在过去的10年里,材料科学的突破给我们带来了许多种先进的材料。从可以自我恢复和自我清理的智能材料,到可以恢复原本形状的记忆金属,到可以利用压力发电的压电陶瓷材料,到拥有惊人的结构和电力性能的纳米材料,这些都是材料科学家的成功。尤其是纳米材料,它有着广泛的应用价值。在纳米尺度(少于100纳米),普通的材料比如碳,将会呈现出独特的性能。石墨烯,一种由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体,强度是钢的100倍,能够高效的传导热和电,并且几乎透明。

纳米材料有着无数种应用,比如作为引擎或其他机械表面的低摩擦力镀膜,作为高强度合成材料来建造汽车和飞机,轻便的防弹背心,以及高效的光伏材料。在工业应用之外,制药企业也正在研究作为靶向分子的医疗纳米粒子用于治疗癌症。在未来的30年里,纳米材料以及新型材料,比如泡沫金属以及陶瓷复合材料将会被用在从衣服,到建材,到车辆,到公路以及桥梁中,无处不在。

3.4量子计算(第5页)

量子计算是通过叠加原理和量子纠缠等次原子粒子的特性来实现对数据的编码和操纵。虽然在过去的几十年里,量子计算只存在于理论上,近些年的研究已经开始出现有意义的结果。在未来的5-15年里,我们很有可能制造出一款有实用意义的量子计算机。量子计算机的出现将会给其他的研究方向,比如气候模拟、药物研究、以及材料科学带来巨大的进步。

不过,最令人期待的还是量子密码学。一台量子计算机将可以破解世上所有的加密方式,而量子加密也将真正无懈可击。如今,量子计算机的许多技术堡垒已经开始被逐一攻克,虽然我们也许在21世纪40年代才会看到真正实用的量子计算机,但来自政府和业界的大量投资意味着量子计算已经迈过了转折点。

3.5机器人与自动化系统(第3页)

在2045年的地球上,机器人和自动化系统将无处不在。自动驾驶汽车会使交通更加安全与高效,或许还会给共享经济带来新的动力。机器人则会负责日常生活中大量的任务,比如照顾老人与买菜,以及工业中的职责,比如收获农作物,维护公共设施等等。

而随着机器人的机动性、灵敏度以及智能的提高,它们将成为强大的战士,在战场上辅助、甚至替代人类士兵作战。人工智能软件则会被使用到商业上,例如从数百TB的数据里面提取有意义的信息,使商业服务自动化,以及替代诸如客服、教师等传统意义上“以人为本”的职业。

但是,机器人与自动化也会带来许多的危机。数百万工作被机器取代的下岗职工将会给社会造成极大的冲击,导致经济与社会的不稳。自动化网络系统则会成为各个敌对势力相互攻击的主要突破口。在冲突中使用机器人和自动化系统则有可能造成极大的伦理和文化挑战。

3.6运输与物流(*源文件出现但未经常发生,第8页)

自主车辆和机器智能将在未来30年内改变大众运输和物流。自主交通技术可以提高城市内部和城市之间的人和产品的移动效率。半自动或完全自主的商用飞机、公共汽车和出租车,可以提供更安全的出行方式,同时还能减少拥挤和污染。交通与物流技术趋势会对大众交通运输和物流造成革命性的改变;机器人将会运用于照顾老年人、运输货物、收获庄稼、维护公共治安,并为人们的每日生活提供必要服务,在军事行动中使用机器人将会使整个系统更加具有机动性、敏捷度和智能。

3.7工作性质变化(*源文件出现但未经常发生,第8页)

技术正在改变个人与工作之间的关系。通过接入网络赋能市场和协作工具的驱动,自由工作方式在变多。“工作性质变化”因素使得自由撰稿人数量不断增加,企业家使用3D打印和应用程序接口(API)技术实现快速创新。众筹平台Kickstarter正在改变产品开发的直接合作的方式,运用“庄家”与消费者直接连接。未来30年,这些趋势将重新定义工作。对一些人来说,创业障碍将下降。

3.8社交网络(第6页)

如今,大约有65%的美国人使用社交网络,而在2005年,这个数量只有7%。社交网络已经开始展现出改变人类行为的能力。但是在未来的30年里,社交科技将会给人们带来可以创造出各自微型文化圈的力量。

人们将会使用科技形成社会契约和基于网络社区的社交结构,从而颠覆许多传统的权力结构。比如政治舆论,由于目击者们可以直接在网络上揭露腐败和压迫而不用通过媒体的过滤,政府将会发现舆论越来越难被直接控制。或者企业责任,虽然企业可以通过社交网络直接接触到消费者,这些消费者也可以利用社交网络来突破营销的噪音,使企业对他们的产品和行为负责。

众筹和直播将会使内容创作进一步的民主化,从而模糊媒体人与观众之间的区别。而比特币以及其他加密货币也许会把货币和交易的控制从政府手中剥离,从此基于社会共识而不是政府的规定。

4、在生物科技领域,合成生物科技的发展体现了人类在基因工程上修改生物基因的可行性。这些潜在的技术进步改善了我们“分析复杂数据——发现规律——做出决策”的能力。

在未来30年,基因技术的发展进一步带动“医疗进步”,药物将会经历多重技术革新,人性化的药物将会因基因技术而崛起,这些药物帮助病患实现个性化医疗。同时,随着对基因学的认识不断深入,人们发现可以直接构筑DNA序列来创造生物(正如转基因作物),目前科学家们正在思考能否将生命转变成数据像电脑程序一样进行编写。一种可以作为生物燃料的藻类已经被编写出来,并用其DNA编写了数以兆计的数据。在未来的30年,“合成生物学”将可以造出可以检测毒气的生物,将工业废物转为生物燃料,并利用人体寄生体为人类传递药物。同时,合成生物学也伴随着极大的风险,人们可能会误入歧途用该技术研制生化武器,而可传染的合成生物也有可能破坏生态环境。

4.1医学(第4页)

在未来的30年里,各种科学技术上的突破将改变医学。通过基因组学,我们将会得到真正的私人药物。在未来,癌症,心肺疾病,阿兹海默症,以及其他目前看似无救的疾病将会由针对患者个人基因的药物来治疗。

人类将可以通过DNA培养出来移植所需的器官,从而灭绝等待配型以及排斥反应等很可能致命的情况。生物假肢将会被直接连接到神经系统上,从而提供与真实触感极其相似的感官。

机器急救人员以及例如控制性降温的肢体存活技术将会大幅度延长救援的“黄金时间”。科学家们将找到衰老的原因,从而增加人类的寿命,涌现出一大群非常健康并有活力的“老人”。

另一方面,发达的医疗设施的价格将会给各国的医疗系统带来更大的压力。穷人与富人之间的救命资源也会出现极大地不均。而且随着人类寿命的增加,年轻人与老人之间对于工作以及资源的竞争则会加剧。抗药性极高的超级细菌也会给世界各地的人们带来极大的危险。

4.2合成生物科技(第8页)

早在孟德尔发现遗传的基础规律,以及埃弗里-麦克劳德-麦卡蒂实验证明DNA是遗传物质之前,人类已经进行了几千年的通过选择性育种以及杂交来操纵植物和动物的遗传基因了。

随着我们对遗传学认知的加深,我们已经可以通过搭建新的DNA来实现无中生有,创造出新的生物。基因改造农作物则是此项科技的先锋。但是在此同时,我们正站在一场生物革命的突破口。当我们跨入生物科技的新时代时,生命将会成为信息,如同电脑程序的代码一样,可以被改写的信息。

科学家正在开发一种可以分泌生物柴油的海藻,这种海藻的DNA中则被编写了数千GB的数据。在未来的30年里,合成生物科技将制造出可以探测到毒素,从工业废料中制造生物柴油,以及通过共栖来给人类寄主提供药物的生物。但是,合成生物也会带来生物武器和难以控制的入侵物种等巨大的危险。

5、随着世界人口扩张以及因气候变化而造成的食物和饮水压力的不断增加,技术将成为全人类健康、安全以及生产运作的保障。

在未来的30年里,全球变暖将威胁整个人类的生存,全球能源的需求将会飙升35%,39亿的人们(超过40%的全球人口)将面临淡水危机,技术发展将成为解决全球共性问题的关键。在“气候变化技术”中,包括建造防洪设施、使用转基因技术使庄稼抵御干旱气候等短期防御科技,以及如碳隔离方式将温室气体(如二氧化碳和甲烷)从大气层抽离并存入地下、将硫或二氧化铝离子植入大气层以此来减少太阳辐射对地球温度的影响等长期防御科技构想。“能源”科技中,太阳能、风能等可再生能源的成本将逐渐与化石能源成本接近,核能的获取将变得更加安全,它们的广泛应用有利于抵御全球变暖的状况。“食物和水”技术中,海水淡化、滴灌技术、水的再利用、雨水收集以及其他技术可以减轻淡水供给的压力,转基因庄稼和全自动收割可以提升庄稼产量,并保障在更少的土地上提供更多的营养供给。

在“太空”技术方面,当前新科技推动发射运载工具的创新,已极大地减少了探索宇宙的成本,未来人们将研发出更加庞大的重回月球旅行计划、开启全新太空工业(如小行星采矿)的火星探索等技术,实现人类不断探索宇宙的梦想。“智慧城市”在信息和通信(ICT)技术的支持下不断成长。据估计,到2045年,65%-70%的世界人口(大约64亿)将会住进城市,基于系统化设计的新技术应用会解决人口膨胀带来的城市发展和公共安全压力:城市数据和全自动化的运营使城市运作更加高效和可持续发展,散布于整个城市的传感器系统将实时监测水和能源的使用并自动平衡供给,网络化的交通系统和完全自主的运输模式将会缓解交通堵塞,新材料和新设计技术将会被用于建造智慧建筑。在国家间防御方面,“新型武器”将会纵横未来战场,一些国家投资的反介入科技(A2AD)将会对美国未来行动环境的随意介入能力进行限制。

5.1对抗全球气候变化(第7页)

根据目前的数据,在2050年,地球表面的温度将增加1.4至3摄氏度。就算我们采取了一些极端方式来减少温室气体的排放,气候的惯性也会引起温度的提高。而地表温度的提高则会带来一系列的恶果,比如海平面的提高给海岸城市所带来的危险,农作物产量的下降所引发的饥荒,干旱导致数百万人缺乏饮用水,以及洪水所造成的数十亿损失。

在未来的30年里,这些危机将会引导各方投资研究可以减缓气候变化所带来的影响的科技。在近期,这些科技将包括在地图上标出有洪水危险的系统,以及可以抵抗干旱的基因改造农作物。在更长远的时间里,也许会出现野心更大的科技,比如可以从大气中提取二氧化碳和甲烷等温室气体,并在把它们安全的储存在地下的科技。

但是,如果气候变化的趋势是增加3度这种最坏的情况,它给地球气候所造成的巨大影响将难以减缓。在这种情况下,极端的地理工程手段很有可能是避免极度恶劣气候的唯一方式。科学家们就曾提出在大气层中散布硫或者氧化铝来减少抵达地球表面的阳光。不过,这些手段还处于理论阶段,风险非常大。

5.2能源(第4页)

在未来的30年里,全球能源需求预计会增长35%,我们则正在面临着一场能源革命。新的采油技术,比如水力压裂以及定向钻为人类添加了大量可开发的油田和气田。而这直接颠覆了世界石油市场,使美国从世界上最大的石油进口国变成了最大的石油生产国。

与此同时,可再生能源,比如太阳能和风能的价格也开始接近与石油。就拿太阳能来说,在过去的10年里,太阳能发电的价格从每瓦8美元降低至这个数字的十分之一。在此之外,还有核能这个抱有争议但从未停止开发的能源。新一代的核反应堆设计宣称远比之前的更安全,也会产生更少的核废料。

不过,虽然使用清洁能源可以帮助我们减缓全球气候变化,但是围绕着用于生产电池,光伏,以及其他元件的稀有资源的新的纠纷与摩擦也会出现。石油经济的消退也会在中东和北非引起经济和社会的严重不稳,进一步加深当地的武装冲突。

5.3食物与淡水科技(第5页)

在未来的30年里,淡水和食物的缺乏将会在世界上制造更多的冲突。大约全球25%的农地已经由于过度耕作,干旱,污染等原因造成了严重退化。在未来的几十年里,最乐观的预测也指出主食谷物的价格将会提高30%。但那是最乐观的情况。如果全球气候变化、需求,以及资源管理的失败按照目前的趋势继续下去,价格提高100%也是可能的。在2045年,全球超过40%的人口将会面临缺乏水源的问题。这一切问题的解决方式只有科技。

海水淡化、微型灌溉、污水回收、雨水收集等科技将会减缓人类对淡水水源的需求。基因改造农作物以及自动化将会允许农民使用更少的土地来出产更多的食物。食物和淡水将会成为新的科技热点,也会成为新的冲突爆发点。

5.4太空科技(第8页)

太空行业正在进入一个从上个世纪60年代后就从未出现过的发展阶段。新的科技,比如机器人,先进的推进系统,轻便的材料,增加制造,以及元件小型化正在减少把人和物送入太空的价格,而这则会开启太空探险的新机会。SpaceX,Arianespace,Blue Origin等太空行业的新人已经带来了例如可回收火箭等颠覆式创新。

在未来的30年里,科技的研发将会带领人类将重返月球。在此之外,更加伟大的探险,比如人类登录火星也是,以及新型基于太空的行业,比如在开采小行星中的矿物也都有可能出现。

虽然探索甚至殖民太空是现代人来长久的梦想,但是对太空设施的需求很有可能加大地球上的冲突。随着更多的国家开始依赖天基设备,对太空的控制将有可能成为一个全新的爆发点。天基武器不再是不可能,而反卫星也将成为未来战争的一部分。

5.5智能城市(第5页)

在2045年,全世界65%-70%的人口将会居住在城市里。随着城市人口的增加,全球人口超过1千万的超级都市将会从2016年的28座增加至2030年的41座。大量的人口向城市流动将会给这些城市的基础建设,比如城际交通,食物和水源,电力能源,污水处理,以及公共安全系统等带来极大的压力。

未来的智能城市将利用信息和通讯技术(ICT),通过大数据以及自动化来提高城市的效率和可持续性。

比如使用分散探测系统将实时监视城市用水用电数据,通过智能电网自动调整配电设置;通过联网的交通信号系统以及自动驾驶系统来减缓车辆堵塞的程度;利用由新材料和新设计技巧所建的智能建筑来提高空调和照明系统的效率,减少能源浪费;使用屋顶太阳能板、小型风力发电机、地热发电,以及其他可再生资源提供干净的电力。另外,没钱或者缺乏政治信念去投资这些科技的城市将会变得极其拥挤和肮脏,成为暴动和冲突的爆发点。

5.6新型武器(第7页)

在未来的30年里,数种新型武器技术将出现在战场上。除了目前正在开发中的非致命武器以及能量武器之外,数个国家也正在开发可以阻绝军事行动能力的反介入和区域阻绝武器(A2AD)。A2AD技术包括反舰弹道导弹、精密制导反车辆反人员武器、反火箭炮、火炮和迫击炮系统(CRAM)、反卫星武器,以及电磁脉冲武器(EMP)。

有些技术,比如精密制导武器,属于基于现有科技的突破。中国就正在开发可以摧毁航空母舰的先进反舰弹道导弹。而有些技术则属于崭新的主意,比如2015年由美国防部高等研究计划部(DARPA)所开发的EXACTO自导子弹。随着中国,俄罗斯,美国以及其他国家斥巨资推进军队现代化,新一代的高科技军备竞争正在揭晓。

(二)6大宏观环境要素的未来发展趋势

以上所有的科技进步都有可能与社会政治,经济以及环境趋势的大环境发生冲突。在未来10年,城镇化、气候变化、资源紧张、人口变迁、创新全球化、全球中产阶级的兴起等6项关键宏观趋势可能与社会政治变化、技术和安全产生联系。

“气候变化”在很多方面可能会对未来地缘政治稳定和新科技发展造成巨大影响。极端天气将会无情地破坏那些急速发展的城市,造成人道主义危机和世界金融的衰退。与气候变化相呼应的包括食物、饮水、资源和原材料在内的资源将出现严重短缺,而“资源短缺”将阻碍经济的扩张并将世界许多地方卷入战争的深渊,引起世界局势的不稳定和资源的争抢。“城镇化”的进程将会造成超大城市的扩张(这些超大城市将会成为政治和经济影响的中心)并影响整个国家的兴衰。随着全球人口的增长,人口老龄化和移民问题将对持续复兴机会、一体化以及社会和谐构成挑战。“创新全球化”趋势明显,创新也会迁徙到像中国、印度这样的在世界经济舞台中崭露头角的发展中国家。当今中国在R&D;领域正向美国靠拢,这将对未来美国经济、国防以及全球创新政策产生深远的影响。另外,全球中产阶级正逐步扩张,“全球中产阶级兴起”。未来世界数以百万计的人们将脱离贫困,但社会阶层间的不平等以及冲突仍然存在,逐渐扩大的消费群体也会加剧能源短缺以及气候挑战。

三、美国陆军部报告主要特点及启示

综合上述,报告主要展示了近年来迅猛发展的各领域高新科学技术、人机结合、科技和社会经济创新。

(一)技术与社会环境的结合。在分析未来技术发展趋势时,把技术方向与人类社会进步可能出现的主要现象进行了密切联系,特别值得关注的是城镇化、气候变化、资源紧张、民主化变迁、创新全球化、全球中产阶级的兴起等6种社会现象。以需求为导向,预测技术发展方向。

(二)对人机结合给予很大关注。广泛的人机结合技术从大数据、可穿戴设备到人体植入设备再到用基因编辑技术改造人体,由此,人体机能增强实现由表及里,由浅入深,未来的“人”是什么状态,将在很大程度上决定了和平与战争是什么状态。所以,美国陆军部对此非常重视。我们还可以关注8月美国政府宣布解除资助使用人类干细胞制造人兽混合胚胎的禁令。

(三)高度重视创新新趋势。因技术发展带来的社会现象和创新现象变化,如与“分享经济”有异曲同工之妙的“打零工经济”、Kickstarter众筹平台、社交媒体尤其是自媒体对传统话语权的颠覆、比特币所引发的全新金融世界等,都极有可能是影响未来和平与竞争格局的重要因素,美国陆军部也予以了高度重视。创新成为未来拉动经济增长的新动力,创新增长模式将支撑未来社会经济的发展。

军事科技往往早于民用科技,并且会逐渐变为民用,代表了人类最高水平的文明成果。

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