2023年十大新兴技术发布,6项与生命科学有关

来源:微信公众号《尹哥聊基因》

近期,世界经济论坛第十四届新领军者年会(又称为“夏季达沃斯论坛”)在天津落下帷幕,汇集20国90名学者、行业领袖观点的《2023年十大新兴技术报告》(以下简称《报告》)新鲜出炉,这些技术最有可能在未来3~5年对人类和社会产生积极影响。

达沃斯论坛每年都会预测一些鲜为人知但却具有全球影响力的技术。例如,2015年的基因工程编辑工具CRISPR-Cas9,在5年后获得了诺贝尔奖,现被用于在世界各地恶劣生长条件下培育昆虫和抗旱作物。mRNA疫苗在2017年的报告中赢得了一席之地,后来成为了新冠疫苗的基础技术。自从人工智能主导的分子设计进入2018年榜单后,AlphaFold预测了2亿个蛋白质的结构,首批基于人工智能设计的药物已经进入了临床试验。

今年报告发布的十大技术中,有6项与生命科学有关,时空组学也入选其中,一起随尹哥来看看吧~

柔性电池:为医疗保健和可穿戴技术提供动力

尽管电子设备的发展日新月异,但其碰不得、弯不得的“瓷娃娃”形象在大众消费者心中留下了深深的烙印,即便早年出现了柔性屏幕等技术,但电池一直是绕不过去的坎。而最新的柔性电池打破了这一僵局,它能弯曲、扭曲和拉伸,将改变可穿戴设备、生物医学传感器等行业,为电子产品的小型化、灵活化提供新的机遇,甚至还能融入夹克、衬衫的面料里,提供供暖或健康监测等新功能。

目前LG、三星、苹果等知名公司正在尝试推动该技术的商业化,预计2027年柔性电池市场将达到2.4亿美元,复合年增长率接近23%。但和其他电池一样,如何回收、安全处置、循环使用等仍需要去解决,不过在这方面的技术革命还将持续多年。

生成式人工智能:扩大人类努力的界限

强大的生成式人工智能无疑是今年最靓丽的一道风景线,目前已经在文本生成、计算机编程、图像设计、声音合成、药物设计、建筑设计等领域得到应用,NASA的工程师还尝试将其用于航天器开发,实现了约10倍的效率提升。

科学家认为生成式人工智能大大解放了生产力,比如最近流行的ChatGPT有利于提高低能力工作者的工作机会、满意度和自我效能感,但目前它仍然引发了多数打工人的失业忧虑,需要政策上的正向鼓励和引导。

不过从另一个方面来说,生成式人工智能还存在伦理、道德、版权等诸多方面的争议,部分高中和大学也已禁止AI进入教学实践环节,需要制定相应的标准以减轻危害,并确保技术进步与负责任的使用相平衡。

可持续航空燃料:使航空业向净零排放的方向迈进

航空业每年的二氧化碳排放量占全球的2%~3%,如果仍然按现在的方式发展下去,航空业2022~2050年将会排放3900亿吨二氧化碳。和汽车产业如火如荼的变革不一样,更换飞机成本高昂,并且电力和氢燃料都不适合用于长途飞行,在减排上面临着重重困境。近年来出现一种可持续和可重复获得的商业航空液态燃料(由生物和非生物资源生产)正逐渐改变这一现状。比起传统燃料,它可以减少80%的二氧化碳排放。

目前可持续航空燃料的需求只占航空业中很小的一部分,到2040年这个比例必须增加到13%~15%,航空业才有可能在2050年实现净零排放。不过生产可持续航空燃料的能力正在稳步增加,据估计2022年产量达到至少3亿升,几乎是2021年的三倍。

可定制的工程噬菌体:利用工程噬菌体增强人类及动植物健康

人体内微生物数量远远超过自身细胞的数量,并对人类身心健康都产生了深远影响。噬菌体在人体微生态中是一种特殊的存在,它们选择性感染细菌,将遗传物质注入其中,并疯狂复制使细菌裂解和死亡。

当下,科学家已经可以对噬菌体进行重编程,使其能够去感染特定的有害菌,在治疗大肠杆菌引发的溶血性尿毒综合征(HUS)等疾病中已得到应用,甚至已经进入畜牧业、农业和食品生产加工运输环节。但这些还只是刚刚开始,许多生命科学公司也在开发针对耐药菌的工程噬菌体,不少已进入临床试验阶段。

心理健康元宇宙:共享虚拟空间改善心理健康

过多的屏幕使用时间和社交媒体,会降低人类的心理健康水平,但对个体来说,如果使用得当,也是能提高幸福感的。

一些公司打造了共享虚拟空间,希望通过元宇宙的形式,扭转心理健康危机,欧洲多家公司正在尝试用电子游戏治疗抑郁和焦虑,甚至还创造了一些正念元宇宙,希望通过引导正念和冥想,提高使用者的幸福感,改善心理健康。未来这项技术也有望和下一代可穿戴设备相结合,对用户的触摸和情绪状态做出反应,以实现更加优良的性能。

植物传感器:革新农业数据收集,养活世界人口

联合国粮农组织认为,如果要养活全球人口,到2050年粮食产量需要增长70%。但目前绝大多数地区的种植方法仍比较粗犷,不利于提高种植的效率。为推动农业技术的进步,科学家开发出一种可以插入到植物叶子或茎干中的传感器,收集相关数据来分析单个植物的健康状况,以帮助农民调整灌溉和施肥量,进一步减少浪费、节约成本,优化生产力配置。

不过目前,这项技术还存在诸多挑战,例如传感器的价格仍然很高,对农民的专业技能水平要求很高,另外其对植物生长发育的长期影响也需要观察和研究。

时空组学:解开生命奥秘的超广角百亿像素生命照相机

人体大约由37万亿个细胞构成,每个细胞在我们生命活动中都发挥了重要的作用,但不同时期它们到底在做什么,在过去很长一段时间里人类对此知之甚少。

今天通过华大生命科学研究院院长徐讯团队牵头研发的、被誉为“超广角百亿像素生命照相机”的时空组学技术,能够绘制新一代分子水平的时空图谱,详细描述发生在人类和其他物种中的生命过程。科学家已经通过它揭示了小鼠胚胎发育、蝾螈脑再生等过程,并有望在阿尔茨海默病、类风湿性关节炎等疾病的治疗和研究中发挥作用。

时空组学正在成为一种标准化和广泛使用的技术,也将彻底改变人们对生命的理解,这一技术的市场需求非常迫切。据估计,2021年时空组学的市场规模已经达到2.32亿元,2030年预计达到5.87亿元。

柔性神经电子学:更好的工程电路与神经系统的接口

脑机接口技术也是近年来人类科技变革的重要热点之一,它能捕捉大脑信号,并转换成计算机可以理解和执行的指令,这让用思想控制机器、治疗瘫痪等成为可能,激发了人们无穷的想象力。

然而当前许多体内植入物都是由硬质材料做成的,它们不能弯曲,无法适应柔软的身体,还可能会带来疤痕,引起明显的不适。如果不做成侵入式的设备,把电极贴在颅骨外面,收到的信号就像是听戴着面具的人讲话。

研究人员最近开发出了柔软、灵活、生物相容性更好的脑机接口电路,可以减小创口。而美国食品药品监督管理局(FDA)已经批准相关技术开展临床试验,未来如心脏起搏器等也可以尝试使用相关的技术。

这项技术还在蓬勃发展,但和其他新兴技术一样,也存在广泛的伦理问题,特别是脑电数据如何使用和分析,需要拥有更加清晰的规范。

可持续计算:设计并实施净零能源的数据中心

即时通信、短视频、搜索等工具已经深深的融入我们的日常生活,其带来的数据量也水涨船高,目前数据中心正消耗全球发电量的1%,占比还会随着经济增长进一步提升。虽然人们还没有找到解决问题的灵丹妙药,但这一问题将在未来十年取得重大进步。

一些新的技术正在催生净零能源的数据中心,比如新的液冷方式、余热供暖、智能能耗管理系统、模块化数据中心等。如果这些方法能和新的发电、存储与管理技术相结合,或将带来新一轮创新和投资浪潮。

人工智能辅助医疗:提高医疗保健系统的新技术

在重大公共卫生突发事件面前,人类重新认识了资源分配环节存在的问题,特别是医疗系统上很多的延误,往往不是因为缺乏带来的,而是由于设施的利用不足引起的。如果能将人工智能技术应用到医疗保健系统中,将大大优化资源分配、减少患者等待时间。

人工智能技术在发展中国家有着广阔的应用前景,并有着初步的应用,比如有14亿人口、基础设施不完善、专业医师资源较少的印度,在政府的推动下,已经有偏远地区人群因此获益。

任何一个管理着大量人口健康与福利的系统,必须在精心制定的法律和道德框架范围内运作,随着技术的普及和应用,这些问题将一个个被解决,而它为人类健康带来的巨大好处也将涌现出来。Image

硬核新技术的出现,往往会掀起新一轮的产业革命,也会带来一些新的问题,如果我们从人类历史来看,社会变革往往滞后于技术变革,但我们不能唯技术论,忽略了道德、伦理、宗教、文化和法律,因为没有科技的人文可能是愚昧的,但是没有人文的科技一定是危险的。

由衷的希望这些将要改变人类的技术能早日走进现实,帮助人类走向更美好、灿烂的未来!

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