今日，《科学美国人》与世界经济论坛联发布了2018年全球十大新兴技术。这份榜单由《科学美国人》、《科学美国人》全球顾问委员会、世界经济论坛全球网络、世界未来委员会共同选出，涵盖了生物医疗、化学、计机、人工智能等域的新技术。这些技术尽管仍处于发展早期，但它们吸引了众多研究团队的关注，并且广受投资者青睐。在未来3～5年间，它们可能会对社会与经济产生重要影响。
在不久的将来，技术革新将如何改变我们的生活？人工智能将大地加快新型药物、材料的研发速度；新型诊断工具将造的个化医疗；增强现实将变得随处可见，从日常任务到工业生产，现实世界将被大量信息和动画所覆盖；旦你患病，医生可以将活细胞移植到你体内，用这些“药物工厂”为你病；你吃的牛肉、鸡肉、鱼肉可能都是用干细胞在实验室培育的，这将大幅降低畜牧业造成的环境危害。
这些足以改变世界的想法与其他新兴技术起，组成了2018年的“全球十大新兴技术”。
1，增强现实处不在
世界即将被数据覆盖
增强现实（AR）是项将计机生成的信息实时覆盖在现实世界之上的技术。大量面向消费者的应用软件都用到了AR。将来，这项技术还会支持博物馆制作全息参观指南；让患者体内组织对外科医生三维可视化；帮助初学者快速学习从医药到工厂维修的各类技术……
在未来几年内，操作简单，用于设计应用程序的软件将会满足消费者多的需求。就目前而言，AR对工业有着大的影响，它是“工业4．0”不可或缺的部分：通过整真实系统与数字系统来促进制造业的系统转型，从而提升产品质量、降低成本并提率。
些市场分析公司相信，AR正在走向主流市场。他们预估，现在估值为15亿美元AR市场在2020年能达到1000亿美元。而苹果、谷歌、微软等大型科技公司都向AR和VR相关产品和应用程序投入大量资金和人才。
随着能够支持AR技术且便宜、快速的移动芯片问世，丰富的智能眼镜进入市场以及带宽的增加，该域将会快速发展。随后，增强现实将加入互联网，而实时将成为我们日常生活中不可或缺的部分。
2，私人定制的诊断工具
终结千人药的传统疗案
在20世纪，罹患腺的女大多都使用同种疗案。但现在疗手段变得个化了：腺被分为不同的亚型，每种都有自己特的疗法。
得益于诊断工具的进步，个化、化疗的发展得以加速。这些技术能帮医生识别并量化生物标记（人体内标志着稳态紊乱的分子），从而通过病人对的敏感、预后以及对药物有可能的反应，将病人区分成不同的亚型。
早期分子诊断工具只观测单的分子，比如对糖尿病患者就只会监测糖。但在过去的10年里，生物组学技术取得了突破进展：能在体液或组织样本中迅速、准确地对个体的全部基因组进行测序，或测量所有蛋白水平、代谢产物或微生物数量。
新型诊断工具已经开始给标准的诊断与疗手段带来变革了。为病人提供对他们来说有的疗案，甚至可以降低医疗开支。或许有天，我们中的许多人都将拥有自己特的生物标记数据云，这些数据不断累积，并能在任何疗我们的地为医生提供信息。
3，人工智能辅助化学分子设计
机器学习法加速新型药物和材料的研发
论是设计新型太阳能材料、抗药物还是用于农作物的抗病毒化物，有两个难题需要解决：找到所需的正确化学结构，并确定哪些化学反应能让正确的原子与所需的分子连接。
如果使用传统法，以上问题的答案往往来自于复杂的猜测和意外的发现。这过程非常耗时，并且需要经历许多次失败的尝试。现在，人工智能正在提设计和成化学分子的率，帮助企业快、经济地解决成问题。
机器学习法可以分析所有已知的成实验，既包括成功的，也有那些失败的实验。基于所识别的模式，这些法可以预测潜在的、有用的新分子结构，以及可能的生成法。
在制药域，种基于人工智能的新技术——生成式机器学习同样令人激动。大多数制药公司为了生产新药，需要对数以百万计的化物进行筛选。这种筛选过程十分缓慢，而且产生的有结果相对较少。利用描述已知药物（和候选药物）化学结构及特的数据集，机器学习工具可以找到那些特相似，但可能加有用的新化物。
近100初创企业已经在探索用于研发新药的人工智能法。近琼中防火门胶，Benevolent AI筹集了1．15亿美元，准备将其人工智能技术应用于运动经元、帕金森病和其他难的药物研发。
4，会辩论的人工智能
新法赋予个人设备针对话题学习、辩论的能力
如今的智能助手已经能在某些时刻让你误以为它是人类，但未来的智能助手还会进步。
手机屏幕背后的智能助手系统须经过预先“训练”：尽可能多地学习人类可能提出的请求，其回复也是由人类编写、组织成度结构化的数据格式。因此，智能助手在回应请求时会受到预设数据的限制。
现在，人们正在致力于开发新技术，使得下代系统能够从各个来源吸收和组织非结构化数据（例如原始文本、、图片、音频、电子邮件等），然后自主地撰写出有说服力的建议，或者就个它们从未接受过训练的问题与对手辩论。
今年6月，IBM展示了种的技术：没有事先就某主题进行过培训，但可以与人类进行实时辩论的系统。系统须使用非结构化数据来确定信息的相关和真实，并将其组织成某种可重复使用的形式，形成致的论述来支持它被分配的立场。它还须回应人类对手的论述。该系统演示了两场辩论，在其中场辩论中，有许多观众认为该系统的辩论具说服力。
这项技术的开发用了5年多，它包含的新软件不仅能理解自然语言，还能检测语言所包含的情绪是积还是消的。目前这工作仍在进行中，但它已经为数新型应用开了大门，这些应用程序可能在未来3～5年甚至短的时间内出现。
5，可植入的制药细胞
直接在病人体内释放药物即将变得可行
许多糖尿病患者每天需要多次刺破手指、测量糖水平，并决定他们需要注射多少胰岛素。如果能在病人体内植入正常制造胰岛素的胰岛细胞，那就可以取代这繁琐的过程。但是移植细胞总是会被自体疫系统干扰，而使用疫抑制剂则有巨大的作用。
过去的几十年里，科学发明了将细胞封闭在半渗透的保护膜中的法，以止疫系统攻击移植的细胞。这些胶囊能保证营养物质和小分子渗入，并让激素以及其他有疗意义的分子渗出。但问题是，疫系统也可能将保护膜也当作外来物，这样胶囊周围就会长出疤痕组织。这种“纤维化”会阻碍营养物质进入细胞，从而死细胞本身。
2016年，麻省理工学院的研究团队发布了种能让移植细胞在疫系统面前隐身的法。在研发并筛选了上百种材料之后，研究者们选择了种经过化学改造的藻酸盐凝胶。当他们将胰岛细胞密封在这种胶纸中，并植入患糖尿病的小鼠体内后，这种细胞立刻开始应对糖的变化生产胰岛素，泡沫板橡塑板专用胶并在为期六个月的实验中持续控制着糖水平。在此期间也没有观测到纤维化。
现在，这些胶囊内的细胞都是从动物或人类尸体上获取，或是通过人类干细胞培育而来的。未来的植入细胞可能包含多种类的细胞，甚至包括生物成技术制造的：通过重写细胞基因来让它们具有新的，例如在可控的条件下根据需要向组织内释放特定的药物分子。
6，人造肉
不生的人造肉正走向你的餐桌
想象下，你咬了口多汁的牛肉汉堡，而这是在不死动物的前提下发生的。从实验室培养出的人造肉正在把这种设想变成现实。
人造肉是由动物身上提取的肌肉样本培育成的。技术人员从动物组织中收集干细胞，让它们增殖并分化成原肌纤维，然后再长成肌肉组织。Mosa Meat公司声称，份从牛身上采集的组织样本就足以产生8万个牛肉汉堡。
些初创企业表示，他们预计在未来几年内正式出人造肉产品。但在上市之前，人造肉还须克服许多障碍。
其中两个障碍分别是成本和口味。以2013年展示给各大媒体的实验室人造肉汉堡为例，汉堡中肉饼的制作成本过30万美元，而且肉质过于干燥（因为脂肪太少）。自那以后，人造肉的制作成本逐年下降。今年，Memphis Meats公司声称，1／4磅的人造牛肉价格约为600美元。按照这趋势，在几年内，人造肉就可能成为传统肉类的竞争对手。如果他们能成功制造出价格实惠、口味纯正的产品，人造肉就能使我们的日常饮食习惯加符伦理、对环境加友好。
7，电刺激医学
经刺激疗法将替代许多药物疗慢病
经电刺激器是种通过电流脉冲疗的设备，在药学界有着很悠久的历史，例如心脏起搏器、耳蜗植入装置和疗帕金森病的脑电刺激。这种电刺激器正变得越来越多化，将显著提升对大量病症的疗。
在范斯坦医学研究所的凯文·特雷西（Kevin Tracey）等人的努力下，迷走经刺激（VNS）在部分场中已经变得可行。他们发现迷走经能释放化学物质帮助调节疫系统。这对患有疫的患者来说是个好消息，因为现有的药物常常不起作用或者会带来严重的作用。由于VNS只对特定的经系统进行刺激，因此相比要通过全身并伤害目标以外身体组织的药物来说，这可能是个容易接受的疗法。
迷走经并不是新兴的电刺激疗法唯的目标。2017年末，FDA批准了项非植入式设备，可通过耳后皮肤向颅经和枕经发送信号，以缓解戒除类鸦片物质时的戒断反应。
VNS疗法大的阻碍在于它的手术价格，但随着非植入式技术的进步，价格问题应该会得到显著缓解。研究者们还要进步了解VNS在每种里是如何产生作用的，以及如何为每个病人确定佳的电流频率。论如何，伴随着多关于机制和疗的研究，VNS和其他电刺激医学或许能好地控制很多慢，并减少成千上万病人对药品的需求。
8，基因驱动
改变甚至消灭整个物种的基因工具技术
项正在快速发展的基因工程技术，可以地改变个种群甚至整个物种的状。这项技术通过基因驱动使得含有某种遗传因子的子代数量升，从而加速该基因在物种中的传播。基因驱动可以自然发生，也可以通过基因工程人为控制，它在众多面对人类有益：阻止昆虫传播疟疾和其他传染病、修改害虫的基因以提粮食产量、赋予珊瑚抵抗环境压力的能力、止入侵物种破坏生态系统。
尽管前景光明，基因驱动技术还是引起了人们的担忧：经过人为改造的基因会意中扩散到其他野外的物种中，并干扰其生长吗？将现有的物种从生态系统中消除有什么风险？非法组织会不会将基因驱动用作武器来破坏农业生产？
为了避出现这种端情况，有研究团队发明了个驱动开关：须通过传递种特殊的物质才能开，使基因驱动起作用。与此同时，许多科学团体正致力于拟定条款，来指基因驱动实验在各阶段的进展。2016年，美国国科学院、工程院和医学院审查了基因驱动的研究并对相关研究提出了建议。2018年，个大型的工作小组为从实验室研究到野外试验的研究操作制定了流程。该组织提出了将基因驱动用在非洲控制疟疾的建议，这样将使公众健康前所未有地受益。
9，等离子激元材料
传感器科技因光控纳米材料正兴起场革命
2007年，加州理工学院的哈里·A·阿特沃特（Harry A． Atwater）在《科学美国人》上撰文预测：“等离激元光子学” 终会通向系列应用，从灵敏度的生物探测器到隐形覆盖物。之后的十年里，各种等离子体技术已经实现了商业化，另有些技术正由实验室向市场过渡。
这些技术都依赖于对电磁场和金属（通常是金或银）中自由电子之间相互作用的控制，自由电子决定了材料的电和光学能。当有光照射金属时，金属表面的自由电子产生共振，形成表面等离激元。如果金属材料体积较大，自由电子反射照射到它们的光后，材料可以发光；但如果金属只是直径几纳米的颗粒，它的自由电子就被限制在个很小的空间里，电子的振动频率因而受到了限制。电子特定的振荡频率将取决于金属纳米颗粒的大小。
在等离激元材料域，研究透彻的应用之，是用于检测化学和生物试剂的传感器；其他应用还包括可监测电池活动的电池内部传感器、能区分病毒和细菌感染的设备等。此外，在医学域，研究者正在临床试验中测试光敏纳米颗粒在症疗中的应用。根据市场研究公司Future Market Insights的分析预测，等离激元传感器的应用在北美的市值，将会从2017年的近2．5亿美元上涨到2027年的近4．7亿美元。
10，为量子计机而生的法
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开发者在不断修改程序以适应量子计机
量子计机特有的叠加、纠缠特，使其在解决特定问题时比任何传统计机。然而，实现量子计的条件却是众所周知的挑剔。例如，量子退相干过程会破坏其。研究人员已经证实，通过量子纠错，可以使具有数千量子比特的量子计机受到严格控制，维持在量子态。但是到目前为止，实验室中的量子计机都只是包含数十个量子比特、尚未进行纠错的嘈杂中型量子（NISQ）计机。
然而，随着门为NISQ计机编写法的研究兴起，量子计域可能将迎来突破。
在研究人员看来，NISQ法在模拟和机器学习域具有广阔前景。许多研究人员已经开发出在NISQ设备（以及未来进行纠错后的量子计机）上模拟分子和材料的法。这些法可以提从能源到健康科学域新材料的设计率。
开发人员还在评估量子计机是否会在机器学习面胜筹。针对NISQ设备的法集正快速增长，对其测试表明，量子计机确实可以加快机器学习，例如将信息按类别分类、将类似的项目或特征归类，以及从现有的统计样本生成新的样本。
在接下来的几年里琼中防火门胶，研究人员很可能会开发出大、操控强的NISQ设备；其次是数千个量子比特，经过纠错的仪器。我们乐观地认为，NISQ的法率将越拥有技术的传统计机，尽管我们可能要等到纠错的机器可用的时候。
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