未来20年六大领域创新趋势

来源: 三思派

概要:2017年1月9日,美国国家情报委员会(NIC)发布了每四年一度的全球趋势预测报告《全球趋势2035——进步的悖论》。

2017年1月9日,美国国家情报委员会(NIC)发布了每四年一度的全球趋势预测报告《全球趋势2035——进步的悖论》。报告主要采用情景分析方法对2035年前可能出现的世界性趋势进行综合预测,为新任美国总统特朗普及美国政府提供未来全球战略的评估框架和决策基础。该项研究用时两年,汇聚了美国以及全球30多个国家的战略专家智慧,并调查了超过2500人的意见。

《全球趋势2035》报告主要分为三大部分:一是对全球趋势的总体预测,提出了三种可能出现的未来宏观情景;二是对全球主要区域及大国未来5年可能走向的预测;三是关于若干关键问题的全球趋势预测,包括人类生活方式、科技创新、经济发展、社会思潮、政府治理、战争和恐怖主义等。

报告第一部分从全球宏观趋势视角提出:未来20年,科技发展在创造新机会的同时也会给人类带来更多分歧。经济调整速度将不能适应工业自动化和智能化的发展速度,机器将大规模取代工人,使贫穷国家的发展途径受到限制。生物技术如基因组编辑将彻底改变医学和其他领域,并将引发更多道德争议。

在报告第三部分中,“人们将如何创造和创新”一章重点预测了未来20年信息技术、生物和健康技术、能源技术、气候影响技术、先进材料和制造技术、空间技术等六大主要领域的创新发展趋势,并讨论了技术进步有可能对经济和社会带来的方方面面影响,以及潜在的风险和问题。该章内容体现了美国官方对于未来科技发展关键领域和重点技术发展趋势的主流判断,对全球科技工作者也具有重要的参考价值。我们特全文译介该章,以供科技战略决策参考。

我们还注意到,在NIC于2012年底发布的前一期全球趋势研究报告《全球趋势2030:可能的世界》中曾预测的部分重要技术发展及影响,如机器人开始取代大量工人,无人机被用于恐怖袭击和反恐,甚至Facebook在社交网络中的地位受到挑战等,在过去四年中已经逐步成为了现实。由此可以反映出该系列报告具有较高的科学性和实际性。在科技战略研究领域,更加注重参考、借鉴国际高水平前沿研究的成果及方法,将有助于我们进一步加强对于全球科技未来发展趋势的判断和把握。

人们将如何创造和创新

从车轮到集成电路的技术已经大大改变了历史的路径,但预测技术将在何时、何处以及如何对经济、社会、政治和安全造成改变会是一场困难的游戏。一些影响广泛的技术预测——如冷聚变——在初次被提出之后很长时间并没有成为现实,而其他一些变化甚至比专家的想象力发展得更快和更远。例如,CRISPR基因编辑技术的发展就迅速改变了生物科学的面貌。

当新的工具和技术能够被广泛地利用,或通过跨界结合实现新的突破时,技术的开发和应用速度就会飞快。例如,信息技术今天正在改变着从汽车到工业生产的一切。一些专家认为,生物技术和纳米技术的进展将在未来几十年内形成与信息技术类似的催化作用。不同技术领域的跨界融合将带来最大的惊喜和最令人兴奋的新功能,并为相对关系较远的领域也带来大量创新。例如,生物技术和新材料技术的结合可能会对能源技术领域带来显著改变。

主要趋势

1、信息技术(包含人工智能、自动化和机器人):

信息技术的发展可以提高劳动生产率,改善业务流程和管理,并对经济增长和政治响应提供支持。作为关键的推动力,信息技术将影响几乎所有新的和即有的行业。物联网和人工智能(AI)技术的兴起,将形成基于大数据处理和分析的新的商业洞察力,改造工业,并推动先进的机对机通信。人们使用的一些技术,如增强/虚拟现实(AR / VR),将对社会带来变革性的影响,特别是在媒体,娱乐和日常生活方面。

信息技术可能对金融部门产生重大影响。数字货币技术、区块链交易技术、以及用于预测分析的人工智能和大数据技术将重塑金融服务。信息技术也可能会对金融系统的稳定性,重要金融基础设施的安全性,以及金融网络的易损节点形成威胁。

新的信息技术也正在深刻地改变交通和能源消耗。把数据分析算法和实时的地球物理信息相结合的应用程序,如Uber和Waze,有助于优化交通模式,降低能源消耗,减少城市烟雾。这为半自动和全自动驾驶车辆的优势提供了支持。自动驾驶可以降低交通密度和事故率,同时产生巨大的经济收益。

潜在的问题:

新兴信息技术对数据的依赖性不断升高,需要建立起明确的数据所有权界限和标准。数据隐私和保护、跨境数据流和网络安全可能成为日益重要的国内和国际政治冲突点。一些国家试图限制信息技术的迅速传播,控制信息的流动,以减少就业的错位和波动,但这样做会降低经济和社会收益。道德约束较低的国家可能会实施或放任其他国家反对的技术发展,以吸引高技术企业,增强研发能力。

国家、企业、活动家团体,宗教组织和公民都试图通过管理信息使自身获益,这助长了激烈的和不断变化的信息通信竞争,这种竞争的威胁正延伸到更深层次和更敏感的领域:人类的认知和情感。社交媒体发展的早期,曾希望更多和更自由的通信将迎来一个民主化的新时代。但独裁国家擅长利用信息管控保持社会控制,而开放国家的信息自由流动加剧了社会分化和政治极化。社交媒体也使危险的错误信息得以快速传播,很多人倾向于不加分辨地轻信谣言,并继续把谣言传给其他轻信者。

信息技术领域可能会需要一些新的职业,包括信息检验、错误报告、隐私保护和骚扰防范等。社会媒体中的“真理”标准日益不清晰和不确定——在这种情形下,每个人认可的“真理”都不过是一套并无特别之处的宣传。

过去人们花了几十年甚至上百年时间来建立起关于真理标准的共识,但技术已经重新定义了人际关系中的许多问题,并对政府形成了挑战。现在政府需要找到新的途径去为其外交政策或是谈判目的建立“信誉”。

人工智能和机器人技术发展所带来的技术变革速度可能超过任何以往的经验。一些专家担心技术发展的速度超过经济、社会和个人的适应能力。从历史上看,每次技术变革最初会使就业和生活水平降低,但之后会提高,新的行业和部门会创造比失业数量更多和更好的工作。然而,变革速度的加快正在对培训和教育系统的适应能力提出更大挑战,使社会难以及时找到具有相关技能和经验的工作者。自动驾驶汽车将消灭对卡车、出租车和其他公共交通司机的需求,这可能成为短期内最引人关注的技术性失业案例。

新技术以及其创造的就业机会将需要专门的专业知识和复杂的管理技能,可能无法给大量失业者提供再就业机会。因此,信息技术的进步可能会加剧具有所需技能的人群和掌握过时技能的人群之间的经济鸿沟。

新技术也将提高公众对机会和财富不平等现象的感知。为了减轻这种感知的负面影响,程序员们试图设计有感情的虚拟世界,通常被称为“情感机器”。但社会批评家们担心,滥用信息技术已经导致了公民与社会脱节,增强现实(AR) /虚拟现实( VR)等新技术的发展可能会重蹈覆辙。

2、生物和健康技术:

由于CRISPR基因编辑技术的推动,最近生物技术的发展速度甚至超过了信息技术。人们期待着生物技术对全球粮食供应与人类健康提供帮助。把包含基因编辑的生物技术应用到食品生产,特别是用于小众作物,可以提高农业生产力,扩大种植范围,改善作物对恶劣天气和植物病害的耐性。基因编辑技术的进步有潜力消灭可能携带疟疾的蚊子,或通过改变遗传密码治疗囊性纤维化等疾病,为人类健康带来突破。在气候变化正对农业生产形成威胁的今天,提高粮食安全和改善民众健康对于发展中国家将尤为关键。

基因工程等生物技术将能够帮助更好地诊断、治疗和预防疾病,生物技术将帮助克服抗菌素耐药性,通过新的病原体早期检测技术阻止潜在的全球性爆发传染病。潜在的病原体早期检测。一些基因疾病将被根除,对免疫系统的基因操作将获得突破,从而提高生活质量和全球健康,并降低医疗费用。

纳米材料越来越多被用于医疗器械涂层、诊断造影剂、诊断传感元件和药物输送。数字医疗和其他新的医疗方式将有助于改善全球健康。先进的技术工具能够在纳米尺度表征、控制和操纵生命物质的结构和功能,这些工具的应用可能激发出以生物学为基础的其他技术创新,并催生新的制造技术。

计算技术和高通量测序和培养技术的发展将增强对人类微生物组的认识和操作能力,这可能有助于治疗自身免疫性疾病,如糖尿病、类风湿性关节炎、肌营养不良、多发性硬化症、纤维肌痛症等,也许还包括某些癌症。某些微生物也可以辅助治疗抑郁症、双相情感障碍和其他与压力相关的精神疾病。

对神经元的光学监测和对神经活动的光调制技术可以帮助科学家观察大脑活动,以预防或治疗疾病如老年痴呆症、帕金森氏症和精神分裂症。这些工具也能为人工智能仿生脑系统的构建提供帮助。

潜在的问题:

世界上的许多地方仍然认为转基因食品不安全或未经充分的测试,也不接受其开发或应用,这将削弱转基因技术在增加粮食供应,降低价格和改善食物营养方面的潜力。一些遗传技术,如“基因驱动”技术有可能会难以遏制地改变整个物种的基因组,例如使蚊子无法携带疟疾或其他致命的病原体,如果这些物种水平上的遗传操作被付诸实现,可能发生不可预见的后果。不管潜在的利益有多大,这些技术将不可避免地引起国内和国际的政治反对。

到2035年,人类寿命可能将继续逐步延长。但提高生命的长度和质量可能会增加社会的金融成本,特别是在那些人口老龄化已经令政府预算不堪重负的国家。但是,遗传病医疗和基因组疗法的进步将能够节省医疗保险支出,省下来的费用可能足以抵消人口老龄化增加的成本。

当事关生死问题以及更广泛的技术问题时,关于知识产权制度应以道德优先还是效率优先的讨论很可能在国际上产生更多争论。

如果大多数治疗疾病或提高人体机能的新技术在早期只能提供给高收入人群,可能会引发政治上的分歧和争辩。通过改变人类基因库来改变人类的基本能力,提升智能或体能,有可能在国内和国际导致尖锐的道德争议。

生物技术的进步,包括具有标准化工具和编程语言的自动化“合成生物学”的发展,可能将使得个人具备制造致命的微生物,发动生物恐怖袭击的潜力。

3、能源技术:

能源技术的进步和人们对气候变化的担忧将带来能源使用的颠覆性变化,包括太阳能,风能,潮汐能,废液发电的推广应用,或核聚变发电,以及新一代移动和固定能源存储技术的使用。“绿色”能源系统已经建设起来,成为化石燃料的竞争者,而未来将会看到更多的碳基和无碳能源技术。如小型分布式能源系统,由可再生能源供能,不需要连接到电网,能够为家庭和运输/农场设备提供电源,诸如此类的创新有可能改变目前的能源生产和分销模式,使居民不再依靠国家提供的能源。分布式、网络化的发电和储能系统可以提高电力系统和关键能源基础设施系统应对自然灾害的能力,这对于易受气候变化和恶劣天气影响的地区将具有特别的价值。

潜在的问题:

在接下来的20年里,化石燃料、核能和可再生能源的搭配仍可以满足全球的能源需求。然而,非化石燃料能源技术的大规模成功商业化是可预期实现的。对于依赖能源收入平衡国家预算和提供国民福利的能源供应国来说,这将降低他们的化石资源储备价值。很多国家可能会发现他们的经济难以挽救。对一些世界上最大的石油和天然气公司,带来的商业影响也将是巨大的。如果低成本电池或其他储能方式没有重大的技术改进,新能源体系将继续需要大量的基础设施,这可能会减缓新能源在较贫穷国家的推广速度,并限制新能源的流动性和灵活性。

4、气候干预技术:

对于地球气候进行大尺度干预的“地球工程技术”仍处于起步阶段,目前基本上只存在于计算机模型中。有效的地球工程可能需要一系列的技术。一个称为“太阳辐射管理”的技术组合旨在通过限制太阳辐射量使得地球降温,可能的手段有向大气平流层注入气溶胶,化学增白海洋云,或在空间轨道上设置反射镜等。另一个更昂贵,可能需要更长时间的技术组合旨在从大气中减少二氧化碳,其手段包括直接从空气中捕集二氧化碳,海洋“铁施肥”,以及在缺乏树木覆盖的地区造林等。碳捕捉和封存是已有的技术,从碳排放点捕捉二氧化碳,并压缩储存到地下。植树造林也是一项众所周知的技术。科学家们已经进行了有限的海洋“铁施肥”试验。

潜在的问题:

不断加剧的气候变化将提升科学界对于地球工程技术的兴趣,但这些技术所带来的影响和意外后果,在其发生之前都无法被人们真正理解。通过不断的研究,先进的工业国家可能能够迅速开发出太阳辐射管理技术,而且其成本远远低于气候变化带来的预期损害。但是不经过足够的时间,相关研究恐怕无法估计到改变地表太阳辐射分布状况对全球平衡造成的影响,对气温、降水量和风暴系统的改变;也无法对全球温度建立起适当的国际监管。

地球工程策略的一个关键的缺点是,这一策略无法应对大气中二氧化碳浓度增加带来的所有影响,例如不能减缓海洋酸化的速度。碳捕捉技术也受到经济上和物理上的限制,其实施将是昂贵和缓慢的,而且封存的二氧化碳有可能再次逃逸到大气中。要降低大气中二氧化碳的含量,将需要非化石燃料能源方面大量的研究和突破。

地球工程技术即使是小规模的测试,如果单方面实施几乎肯定会加剧地缘政治紧张局势。人为干预整个全球生态系统的行为,可能会改变人们对于自然世界和彼此之间关系的看法。

5、先进材料和制造技术:

材料和制造的发展对于大多数技术进步而言都是直接或间接的核心因素。由于纳米材料和超材料的新颖特性,这些材料有可能推广应用。大多数人还没有意识到,在电子产品、健康、能源、交通、建筑和消费品中,纳米材料和超材料已经获得了比想象更广泛的运用。纳米材料表现出增强的机械和电子特性,以及独特的光学性能,预示着纳米材料将在许多应用领域超越传统材料,并带来大多数工业部门的革命。

能有效应用于制造业,并使相对成本下降的先进合成材料将会给商品市场带来改变。高强度复合材料和塑料可以取代传统金属,创造新的市场。发达国家将具有生产和使用这些材料的先发经济优势,但随着时间的推移,这些材料将变得更加普及。增材制造,或3D打印技术,正在变得越来越容易运用,并将用于制造今天甚至没有想象过的东西。4D打印技术——制造成品可以随着时间或对环境的反应改变自身的形态或功能——也会为将其商业化的开发者提供可观的经济机遇。

潜在的问题:

先进材料技术的发展能够帮助具有生产和使用新材料能力的发达国家和发展中国家提升竞争力,同时可能会影响到一些出口依赖国的经济。新材料,如纳米材料的高速发展往往使人们来不及对其健康和环境影响进行准确评估,公众对可能出现的未知副作用抱有担忧,将减缓一些新材料的商业化进程。可能会出现法规阻碍某些新材料的使用或传播,特别是在医药和个人护理产品等领域。

制造业的进步将影响全球贸易关系。特别是3D打印的发展,已经从新奇科技变成了常规精密生产的一部分,3D打印将提高本地生产的作用,而减少全球化供应链。因此,全球低劳动力价格地区的收益会降低,因为在运输成本较低的地方使用高效工厂生产,将比在遥远的地方生产更为合算。先进的制造技术将给低成本制造商及其员工带来相当大的压力。在那些拥有资源和技术的国家地区和没有这些优势的国家地区之间,可能会出现新的全球鸿沟。这种分歧可能会改变传统的南北国家划分方式。但是,使用3D打印技术的制造商仍然需要原材料、电力和基础设施,以及他们所生产产品的知识产权。

6、空间技术:

随着对太空的商业兴趣不断增长,空间服务效率进一步提高,将形成新的民用和军用太空工业。中国正在建设与国际空间站相似的永久性载人空间站,一些企业家正在计划载人飞往火星。卫星系统比过去更小巧、更智能、更廉价,将使遥感、通信、环境监测和全球定位的能力大大增强。低轨道卫星可以把互联网接入到目前没有在线连接的全球三分之二人口。星基互联网带来的更高带宽将使云服务、远程医疗和在线教育更加实用化。

潜在的问题:

太空感知能力的发展和空间通信数据的显著增加,将对个人隐私形成威胁,使一切行动难于隐藏。一些国家将试图阻止或控制空间数据流,以保护他们理解中的核心国家利益。只有少数国家拥有的高灵敏度空间遥感器和开放的数据传输,有可能将引起地缘政治紧张局势的爆发。

关键的抉择

关于新技术对生产率和经济增长将带来怎样的影响,专家们之间仍存在分歧。一些专家认为,世界正处于另一次技术驱动的生产力革命的风口浪尖;而另一些人则认为,新技术的影响比19世纪70年代到20世纪初的第二次工业革命要小得多。这些怀疑者认为,新的数字技术到目前为止对运输和能源领域的影响微乎其微,并没有真正改变几十年来的经济生产力。

技术将释放一系列正面和负面的影响。正如一位专家所说:“技术既是我对未来感到乐观的最大理由,也是我对未来感到悲观的最大理由。”历史证明:技术会产生怎样的影响,显著依赖于使用者的目的和当地的实际情况:地理、经济、基础设施、文化、安全和政治。每一种技术进步都会付出代价,有时是自然资源的代价,有时是社会凝聚力的代价,有时其代价难以预测。

具有技术领导地位的国家将赢得制定国际标准和协议的权力,定义研究伦理界限的权力和保护知识产权的权力。为了保持技术的领先地位,在近期内首先应当抓紧开发那些能够改善人类健康、改变生物系统,以及拓展信息和自动化体系的技术。在技术研发的早期,多边参与将有助于减少敏感技术导致国际局势紧张的风险。但当前各国都在加紧竞争技术优势,谋求对自身有利的技术管理规则,因此发展中的冲突恐怕仍然难以避免。

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