手环纹身图案 欧盟发布面向未来的 100 项重大创新突破报告，为科技和经济发展提供战略资源

手环纹身图案 欧盟发布面向未来的 100 项重大创新突破报告，为科技和经济发展提供战略资源

编者按：在规划研发和创新相关政策时，及时了解可能对全球科技和经济发展产生重大影响的技术突破尤为重要。欧盟委员会发布了《面向未来的100项重大创新突破》（100为）报告，为所有关心科学技术和创新决策的人们提供了战略资源。报告通过对最新科技文献的大规模文本挖掘，结合专家咨询意见，筛选出100项可能对全球经济产生重大影响的颠覆性技术，为欧盟未来研究可能的重点提供参考和创新政策。本文摘录其主要内容。

1.人工智能和机器人（和）

1. 增强现实 ( )

增强现实（AR）是指将计算机生成的图像（甚至声音）叠加到我们对现实世界的感知上。从技术角度来看，AR是一个巨大的挑战，因为用户可以利用它从多个角度了解三维环境。实现AR的基础是虚拟投影与现实世界的融合。 AR的专业应用是交互式手册，为人们操作机器提供现场指导。最新的研究领域是人类医学。医生在手术过程中使用AR技术将大大减少在手术室的时间。研究表明，AR 可以向患者展示自己动作的虚拟实时模型，让他们进行自我纠正，从而帮助截肢者改善康复计划。

2、室内自动耕作（ ）

在放射性水平较高的地区，人们总是担心传统种植的产品可能含有放射性尘埃；在缺乏水资源的地区和沙漠地区，蔬菜种植可能是一个挑战。因此，室内工厂化养殖得到了推广。在室内自动化农业中，在人工智能系统的指导下，机器可以完成育苗、补种、收获、畜牧等传统农业任务。从长远来看，农业可能会实现完全自动化，首先是在缺乏人力资源和极端条件的地区，然后是在全球范围内。这可能会对饮食文化、可持续性、社会结构和就业等领域产生破坏性影响。

3. 区块链()

区块链是一种允许互不相识的人组织网络来保存可信记录的技术。区块链也是比特币等加密货币的核心技术。区块链可以通过构建去中心化网络为所有可能的交易提供中立和公平的结果。企业将区块链技术视为提高自身运营可追溯性的机会。区块链技术可以保存不可变的记录，没有任何麻烦或感染风险，网络上的任何人都可以随时验证这些记录，并可用于提高工作透明度。公共团体和企业将区块链视为未来诚信运营的基础设施。

4. 聊天机器人()

聊天机器人是一种通过书面文本或实时音频与人们进行实时对话的计算机程序。传统上，聊天机器人遵循一组预定义的规则和脚本，查找特定的单词并为预定义的问题提供预定义的答案，这种模型通常会导致糟糕的用户体验。较新的聊天机器人由人工智能技术提供支持，使它们在用户输入方面更加灵活，并模糊了聊天机器人和 Siri 等虚拟助手之间的界限。

随着聊天机器人更好地理解和回答用户问题，它很可能会发展并成为主流。未来的聊天机器人可能会带来丰富的会话用户界面，使用户能够与计算机、智能手机、机器人等自然交互。

5. 计算创造力 ( )

计算机可以创造原创艺术、想法和解决方案，看起来就像出现在大型艺术博览会上的作品。产生这些作品的半自主人工智能系统得到了设计师的支持，但没有先入为主的限制，并使用更高的处理能力来识别新途径、新解决方案和新想法。

人工智能将在未来发挥越来越重要的作用。除了完成机械任务外，它还可以增强人类探索和解决问题的能力。下一个前沿领域是使用复杂的机器学习技术来设计迄今为止挑战人类想象力的全新策略。

6. 无人驾驶 ()

无人驾驶技术广泛采用的主要障碍之一是传感器的相对成本和复杂性，这需要付出大量努力来寻找感知世界的新方法。从界面设计的角度来看，自动驾驶汽车极其复杂，并且创建完全自主的自动驾驶汽车的过程仍在继续。然而，尽管跨国公司投入了大量资源来开发这项技术，但其前景并不像许多人最初想象的那么乐观。从长远来看，自动驾驶成为常态的社会将会发生范式转变。拥有私家车可能不再对很多人有吸引力，交通，无论是陆路、空中还是海上，都将成为一种商品。很难想象一个行业不会受到无人驾驶汽车的影响，因此政府应该确保立法和技术的和谐发展。

7.外骨骼()

外骨骼是体外的人造结构，旨在补偿或增强自然身体能力。它放置在人体上，充当增强放大器的作用，增强或恢复人的机械性能。外骨骼最成熟的应用是在医学领域，它们将帮助患者从瘫痪、多发性硬化症、脑瘫和其他衰弱疾病中恢复过来。外骨骼可能会逐渐被老年人广泛使用。新的工业设备可能更接近骨骼，提高人类意识和身体动作的融合。但在不久的将来，我们可能只会看到提供有限帮助/支持的轻型军用外骨骼。

8. 高光谱成像 ( )

高光谱成像在安全、国防、环境监测、农业等领域具有广阔的应用前景。传统的数码摄影仅捕获从蓝色到绿色到红色的三种波长的光，而高光谱成像可以产生数百种波长的图像。这些图像可用于识别任何成像场景中发现的材料，有点像长距离光谱学。

高光谱成像可以提供比传统成像系统更详细的数据，但仍处于起步阶段。高光谱机器视觉的应用存在一些局限性。关键因素是传输速度，而传输速度受到高光谱数据固有的大数据量的限制。成本和信息处理方法也是高光谱成像应用的障碍。然而，最新的高光谱成像引擎技术和机器学习算法相结合有望解决这些问题。

9. 语音识别（ ）

第一个商业上成功的语音识别技术可以追溯到 1990 年，但随着计算能力和新算法的发展，语音识别取得了惊人的进步。研究人员创造了一种用于自动语音识别的低功耗专用芯片，其功耗比手机多功能芯片高100倍。新型语音处理器支持立体声 AEC（声学回声消除）和远场线性麦克风阵列，专为支持语音的智能电视、条形音箱、机顶盒和数字媒体而设计。即使在复杂的声学环境中，也可以从整个房间准确捕获命令，以便由基于云的语音识别系统进行处理。

语音识别和对话平台预计将成为十大战略技术趋势之一，其中语音搜索占所有搜索的 50%。从长远来看，这种转变使人们能够与周围的智能连接设备进行交互。随着人工智能和自然语言处理技术变得更加复杂，设备将能够理解用户，然后预测他们的意图，即使他们的语音命令中没有明确说明。

10.群体智能（Swarm）

群体智能是指各种对象的集体行为，每个对象执行一些简单的功能，并在此过程中与其他对象进行交互。基于这一原则设计的信息系统通过其所有元素的自组织操作以分散的方式管理流程。群体智能系统的发展前景关系到无人驾驶汽车、分布式能源网格、搜救机器人等方面的应用。

11. 无人机 ( )

目前的无人机研究主要集中在提高信息收集能力并使无人机更加准确。无人机必须自行导航，因此特别关注其传感能力。从导航到武器部署，所有无人机都通过构建传感器数据的内部地图来运行，以允许其算法做出决策，并且使用多波长激光器从远处分析物质的传感器取得了广泛的进步。这些传感器专为无人机开发，能够可靠地检测爆炸物并提供关键任务数据。 DARPA开发的原型无人机系统采用完全自主的无人机，可以在飞行途中过渡到中高机翼飞行，提供比传统直升机更远航程的监视和打击能力。

无人机易于部署，已成为一种新型武器。假设一支自主军队的运作完全超出了人类的控制，向世界发布无人能改变的加密命令。为了应对这种威胁，反无人机技术已经多样化，例如名为“猛禽”的F-22战斗机和干扰技术，也可能有用于猎杀其他无人机的防御性无人机。

12. 人工智能 ( )

卷积神经网络一直是深度学习的中流砥柱，而在计算机视觉领域，出现了多项设计创新（包括胶囊网络和欺骗网络），带来了新的前景和新的挑战。未来几十年，机器学习、计算机视觉、自然语言处理和机器人技术的进步和创新将重塑整个科学和经济领域。人工智能软硬件基础设施的未来发展可能会导致无监督学习和通用人工智能的一些初步形式的出现。这需要超级智能系统能够自我进化，不仅在专业应用中而且在广泛的领域和环境中超越人类。

13. 全息图()

全息图使用激光作为光源，并使用全景相机将拍摄对象记录在高分辨率的全息胶片上。它以干涉条纹的形式存在。全息图是一种与传统照片非常不同的三维图像。光学全息图由物理学家丹尼斯·加伯于1948年发明。从技术上讲，全息图是波场的三维记录，全息图像可以根据观看者的相对位置在三个维度上被感知和改变，就好像显示的物体是真实的。声全息技术起源于20世纪60年代，是光学全息技术的产物，涉及重建边界处声辐射引起的声场。

最近的研究重点包括 3D 全息显示器、声学全息术、可触摸全息图以及全息显微镜和打印机。声全息图是在 3D 打印超材料矩阵的帮助下创建的，该矩阵以复杂的方式扭曲来自单一来源的声波，将其转换为声音全息图。这种技术既省时又便宜。最近的进展表明，声全息图可以显着改善超声成像和医疗选择。未来的3D全息显示器可以提高动态图像的保真度。观众无需佩戴任何 3D 眼镜或 VR 式头枕。通过将柔性超薄膜嵌入整个设备表面，智能手机和日常设备将能够弹出屏幕尺寸的 3D 全息图。没关系。此外，如果可触摸全息图真正发挥作用，我们可以看到全息界面与设备交互的新方式，并为 VR 体验添加全新维度。

14. 人形机器人 ()

人形机器人是一种在外观和功能设计上与人类相似的机器。由于人形机器人被期望尽可能与人类相似，因此许多项目都专注于直接模仿。灵活性被认为是一种特殊类型的运动问题，近年来在使机器人肢体更接近人类肢体方面取得了一些进展。在机器需要执行与人类相同的一般任务的情况下，人形机器人具有明显的优势。 DARPA 组织了一场机器人大挑战赛，以了解人形机器人在灾难场景中的表现。测试包括开门、操作水龙头，甚至接听电话。

人形机器人是一个长期和短期方向完全不同的研究领域。目前，类人机器人的建造成本高昂且部署起来也很麻烦。然而，一旦人形机器人达到一定的性能水平，大众的接受度就会发生根本性的变化。廉价、可靠、安全、低功耗的人形机器人将迅速成为从军事到娱乐甚至家庭等各种应用的标准机器人平台。

15. 神经科学 ()

神经科学仍然仅限于基础研究，其最终目标是找出创造力和想象力如何发挥作用。人们早期尝试寻找一种方法来衡量、预测和系统地影响想象力，这被视为创造性思维的基础和人类进步的核心。创造性神经科学将使人们不仅能够感知，而且能够预测并系统地影响想象力。

想象力研究所（宾夕法尼亚大学积极心理学中心的非营利附属机构）的神经科学家和心理学家通过量化一个人的想象力，提供了传统智商标准化测试的替代方案。更长远的希望是，创造力的神经科学将使我们不仅能够测量，而且能够预测和影响想象力。

16. 精准农业 ( )

精准农业依靠最新可用的信息和技术，如GPS、卫星图像、控制系统、传感器、机器人、变速技术、远程信息处理、软件等，在作物生长周期（整地、播种和收获）中改良作物。 。在精准农业中，检测和远程控制是通过现有网络/互联网基础设施上的传感器和农场管理软件/硬件来完成的。例如，农民现在可以使用基于云的无人驾驶拖拉机平台，该平台与拖拉机自动化套件集成，成为即插即用系统，可以自动操纵谷物车拖拉机并在收获季节为农民提供帮助。该系统允许联合收割机操作员在田间设置暂存和卸载位置、调整速度、监控位置并命令谷物运输车精确同步联合收割机的速度和方向。

未来的农场可能不再需要人类种植农作物，自主机器人已经被用来执行播种、照料农作物和收割等任务。这些机器人不受人为错误的影响，并能适应现场条件，以最大限度地提高吞吐量、大幅减少时间并提高效率。

17. 软体机器人

软机器人技术是机器人技术的一个子领域，它用模仿生物体的材料制造机器。软机器人在其他方面与生物相似，强调其物理结构移动和适应环境变化的能力。机器人被称为“柔性”，突显其与刚性材料制成的机器人相比的灵活性和适应性。一个研究小组开发了一种软机器人，其具有由硅橡胶制成的类似肌肉的执行器，并由气压驱动。科学家们开发出一种自动设计软致动器的方法，利用硅橡胶材料设计出一种软机器人，当由单一压力源驱动时，该机器人可以像食指一样弯曲，也可以像拇指一样扭曲。

从长远来看，软机器人将在医疗和个人机器人领域实现与人类安全且兼容的交互。在较小的规模上，微型灵活机器人预计将有助于药物输送和手术等医疗应用。对于野外勘探和救灾，灵活的机器人可以穿越复杂的地形并穿透狭窄的空间。柔性机器人将进一步帮助食品加工、农业等领域实现高度自动化并降低成本。

18. 非接触式手势识别 ( )

非接触式手势识别形成了一个自然的用户界面，极大地改变了人类与日常技术交互的方式。通过手势的识别和分析可以收集大量有关速度、动作和情绪反应的数据，从而转化为对用户的精确理解。

超声波手势感知的基本原理类似于蝙蝠和海豚使用的回声定位系统。声纳系统发射超声波，这是一种听不见的信号，会从用户的手、头或身体反射回来，随后被麦克风捕获并通过光时间算法进行编译。最新的超声技术使用声学微机电系统 (MEMS)，例如现有智能手机中的麦克风和扬声器，或包含压电换能器的专用超声收发器。

非接触式手势识别形成了一种自然用户界面 (NUI)，它改变了我们与日常技术交互的方式，只需要我们自然移动和悬停的手和手指即可向附近的设备（例如手机、计算机、可穿戴设备、游戏和 VR 控制台）发出命令，娱乐系统、机器人和家用电器。非接触式接口还可以增强专业设备，例如医疗或军事设备。它还将彻底改变依赖消费者深度参与的领域，例如媒体、通信、零售和娱乐。

19. 飞行汽车（汽车）

随着汽车保有量的增加，交通拥堵已成为世界性的问题。因此，开发一种小型、安全、低影响的个人飞行汽车一直是人们的梦想。如今，传感器、电力存储、电机和人工智能的快速发展正在使飞行汽车更接近现实。因此，智慧城市正准备部署个人自动驾驶汽车，以期解决交通问题。

由于目前大多数交通方式都集中在中短途交通，因此城市将成为飞行汽车产品的主要目标。如果飞行汽车能够成功使用，它们将开始影响城市基础设施的发展。从长远来看，整个城市可能会根据飞行汽车的普遍使用场景进行规划调整。

2. 人机交互与仿生学（Human-&）

20. 神经形态芯片（Chip）

神经形态技术将是高性能计算的下一阶段发展，可以显着提高数据处理能力和机器学习能力。神经形态芯片将神经网络的工作原理蚀刻到硅中，其能效比传统中央处理单元高数百倍。神经形态芯片非常节能，适用于移动设备、车辆和工业设备。

2018年，英特尔发布了一款神经形态芯片。使用该芯片的设备可以识别网络摄像头拍摄的图片中的物体。这将许多新功能集成到该领域，例如分层连接、树突区室和突触。延迟，最重要的是可编程突触学习规则。

神经形态芯片的发展可以促进具有特定用途的人工智能系统的开发，例如物体识别、语音和手势识别、情绪分析、健康分析和机器人运动。通过合理的功耗控制，它们可以成为从玩具到人形机器人等各种交互设备的关键组件。

21.仿生学（医学）（）

“仿生学”在医学领域经常被用来描述用机器替换或增强各种身体部位。人造仿生器官和肢体与普通假肢的不同之处在于，它们的设计尽可能接近被替换身体部位的原始功能。

该技术目前应用于外骨骼、上肢和内脏器官，主要旨在帮助受伤患者。例如，仿生外骨骼可以增强人类的自然运动系统，让用户跑得更轻松/更快。

未来仿生学的目标是“有机体与机器的融合”。这种方法将产生混合系统，其中生物和机械组件合并为“机器人”。仿生器官将增强生物功能，让人跑得更快、看得更远、听得更好、寿命更长，甚至思考得更好。

22. 脑功能图谱（Brain）

大脑不仅拥有数量惊人的神经元和连接，而且也是非同质的，估计有 500 个不同的部分通过非常密集的网络连接在一起。功能性脑图谱技术正在迅速发展，为治疗神经系统疾病、理解认知以及在人工环境中复制认知奠定了基础。

神经元之间的通信基于神经元之间的电活动。为了更好地绘制这些通信路径，科学家们正在开发可记录电极，可以记录各种条件下的电活动，并使用计算机来解释收集到的信息。

从长远来看，更深入地了解生理和病理情况下的大脑功能将为识别疾病原因、治疗干预和预防策略提供重要信息。此外，脑解码的进步有力地支持了脑机接口和脑模拟技术的发展。

23.脑机接口（Brain）

脑机接口是大脑与外部设备之间的直接通信路径。它既可以从大脑收集信息，也可以将信息输入大脑，使其与环境进行交互。增强且更复杂的是“双向”脑机接口，它可以记录大脑活动并向神经系统传递刺激。脑机接口领域的研究目标之一是通过人机共生提高复杂任务（例如驾驶战斗机）的效率。大脑信号刺激的研究进展可能会开创脑对脑交流的新时代。从中期来看，交流复杂的思想是不可能的，但脑对脑的交流将允许人们不断地分享情感、心境和思想状态。

24. 情绪识别 ( )

传统上，情绪识别（）是通过将先进的图像处理算法应用于面部图像（或视频）来检测情绪。情绪识别的主要方向仍然是“读懂”面部表情。研究人员开发了一种芯片，使用人工智能算法通过实时分析面部图像来识别八种情绪。情感分析也是继面部表情之后的一项新的技术突破。将机器人学习算法应用于书面文本，可以检测我们表达的积极或消极态度等。目前，智能手机可以告诉你你的感受如何，并提供相应的内容、沟通或应用程序建议。智能设备是我们当前的现实，但“移情设备”可能是未来。

情感识别可以彻底改变营销人员设计广告的方式，而无需依赖个人直觉或主观想法。每个想法都经过针对不同目标群体的科学和严格的测试。情绪识别通过捕捉微表情和检测情绪的微妙变化，有利于执法。在医疗保健领域，它可用于帮助监测和诊断患有情绪障碍的患者。

25. 智能纹身

智能纹身，也称为纸皮肤、电子皮肤或电子纹身，由可穿戴的表皮皮肤电极组成，能够感知各种环境刺激（压力、触摸或接近）和生理数据（心率、呼吸、血液酒精和氧气水平，肌肉活动、情绪）。它代表了一个一体化传感平台，将为无法获得医疗服务的地区的患者提供交互式远程医疗和治疗系统。未来，柔性有机光学传感器可以直接层压到器官上，以监测手术期间和手术后的血氧水平。智能纹身还将帮助从中风或脑损伤中恢复的患者改善肌肉控制或截肢者移动假肢。

26.人工突触/大脑（/Brain）

法国国家科学研究中心的研究人员设计了一种所谓的“记忆电阻”，这是一种直接在计算机芯片上实现的人工突触（）。突触能够自主学习并对设备进行建模，这对于开发更复杂的电路至关重要。未来，这些技术将成为计算机机器设计的重要组成部分。在模拟生物神经网络的情况下尤其如此，需要进一步探索来利用大脑的力量或模仿其结构。模拟生物神经网络可以提高效率，从而为具有大量连接的超级计算机带来更大的计算能力。

3. 电子和计算机 ( & )

27. 柔性电子产品 ( )

柔性电子产品是可弯曲或可拉伸的电子电路，晶体管、显示器、电池、传感器等组件都具有这些特性。这种灵活性不仅可以实现更复杂的设计，还可以实现新的应用，例如可穿戴设备、电子纹身或基于电子电路直接 3D 打印的潜在低成本解决方案。核心技术是薄膜电子，柔性电子器件应用于显示制造、传感器、能量存储/转换、医疗、环境监测、人机交互等领域。

研究人员开发出了一种灵活的压力传感器，即使在双弯曲的情况下也能保持准确。医疗和生物工程应用将受益于真正灵活/可拉伸的传感器，这将彻底改变大脑植入物。它使我们的大脑和计算机之间能够进行无缝通信。

柔性电子产品是动态的，具有多种应用场景。研究人员认为，这项技术将为人们带来智能织物、可拉伸屏幕、可弯曲智能手机、可拉伸到更大尺寸的超薄平板电脑、可佩戴在手腕上的健康传感器或壁纸墙。变成一个巨大的屏幕。

28. 纳米 LED

发光二极管（LED）是一种两引线半导体光源器件，具有将电转化为光的能力。与传统的钨丝灯泡相比，LED灯的主要特点是不产生热量。此外，LED 只需要点亮普通灯泡所需能量的一小部分，并且不含有毒金属（例如用于荧光灯泡的汞）。

LED显示屏使用LCD作为像素来显示图像。基于纳米棒的多功能 LED 既可以发射光，也可以检测光，并且刷新速度比标准 LED 快三倍。基于纳米棒的发光二极管对激光笔做出响应。

纳米半导体应用于生物学、计算机、医学和照明等领域。 使用少量能量产生更宽范围的光波长，为显示器提供更温暖、更鲜艳的色彩。从长远来看，同时发射和检测光的新型 LED 阵列可以帮助用户通过非接触式手势控制智能设备，并使用环境光为这些设备充电。

29. 碳纳米管 ( )

碳纳米管是具有纳米级直径的碳基管状材料。这些管状碳分子的特殊性质使其在纳米技术、电子、光学和其他材料科学中具有重要价值。

硅一直是这些领域的首选材料，但其主导地位未来可能会受到新化合物的挑战，许多研究人员将希望寄托在碳纳米管上。除了用于笔记本电脑和智能手机的更快、更高效的芯片之外，微小但功能强大的处理器还可以为新技术提供动力，例如可弯曲计算机和可注射微芯片，或者可以针对体内癌症的纳米机器等。

30. 计算内存 ( )

“内存计算（）”或“计算内存（）”是一个利用存储设备的物理特性来存储和处理信息的新概念。这与当前冯·诺依曼系统和设备（例如标准台式计算机、笔记本电脑甚至移动电话）中发生的情况不同，后者在内存和计算单元之间来回传输数据，从而使其速度更慢且能源效率更低。

现在，IBM 科学家已经展示了“一种在 100 万台相变存储器 (PCM) 设备上运行的无监督机器学习算法，该算法成功地发现了未知数据流中的时间相关性。与最先进的经典技术一致，这项技术有望成为比计算机快 200 倍，更节能。

内存驱动的计算是一种无限灵活和可扩展的架构，与传统系统相比，它消耗更少的能量来更快地完成计算任务。随着数据量的快速增长，其重要性继续增加，它将为大规模合并基础架构的数据处理提供解决方案。

31。石墨烯晶体管（）

石墨烯称为具有良好电导率和稳定化学特性的新型纳米材料。它是世界上最强的材料。它由以二维六边形图案密集堆积的碳原子组成。基于石墨烯晶体管的电路可以解决硅晶体管的加工速度限制。它们将微处理器的时钟速度提高了数千次，同时需要基于硅的计算机的一百次。

石墨烯晶体管和芯片使计算机更小，更快。这些多功能材料对超薄配件和智能生物医学传感器等技术具有巨大的希望。

32。高精度时钟（高锁）

在许多应用程序方案中，需要时间准确性。例如，4D成像需要高精度时钟来提供亚原子区域的结构图像。光学时钟或原子钟有望在时间测量和标准化方面更高的准确性。这使其适用于各种应用程序，可以节省大量能源。量子逻辑时钟具有巨大的希望，而新的原子钟将在更基本的研究中取得突破。

33。纳米线（）

纳米线尺寸以纳米尺寸测量。它们也可以描述为纳米结构，其宽度为几十纳米或更小，无限长度。纳米线的可重复性，可调性和表面特性为纳米医学提供了一种新颖的方法。由于它们制造的各种材料以及它们显示的引人入胜的特性，纳米线最近已成为纳米电子，光电子学以及分子尺度上的化学和生物学感应的重要基石。纳米线可以与微通道集成，从而提供从宏到纳米的途径，从而使研究人员可以检测和分析靶标分子，例如DNA，RNA和蛋白质。纳米线的直径很小，可用于探针尖端。此外，可以创建一个基于纳米线的柔性纳米电信支架，这有望产生可以检测化学和电气变化的感知皮肤。纳米线还可能对建筑和汽车行业产生重大影响。

34。（）

光电子是光子学的一个分支，用于将电子和光结合以传输数据。对光电学的进一步研究将为许多不同光电设备的开发开辟道路。 5D光学数据存储过程涉及使用（）激光写作技术更改Fused 的光学性能，以创建纳米级信息的3D记录。这些记录（“纳米式”）由三层纳米组组成，每个纳米群都存储了一个信息。存储架是一种改良的玻璃盘，更耐用天气状况，并且具有更好的化学稳定性。额外的容量允许存储高达360TB的数据，大约是50GB蓝光盘的容量的7,000倍，最大稳定为1,000°C，并且在室温下几乎具有无限的寿命。 5D数据存储将很快成为拥有大型历史档案的机构的宝贵资产，并有望在未来五年内被行业合作伙伴商业化。预计目前主要用于高端军事设备的光量子芯片将在几年内用于数据中心。综合光子学研究的进步将彻底改变光子技术技术，同时保持与现有半导体芯片技术的兼容性。

35。量子计算机（）

量子计算机（QC）在量子位上工作，称为Qubit，可以表示为0、1，或者由量子力学调节的这两个状态的任何量子叠加。尽管几家公司声称生产量子计算机和量子编译器，但当前的技术并未为制造量子计算机提供成熟的解决方案，而第一个原型只能在特定问题上运行。

当前，研究工作致力于创建解决特定问题的量子硬件。尽管如此，还需要进行更多的研究来实现能够运行所有现有代码的通用量子计算机。为了使量子计算机更加高效，稳定和便宜，必须进行大量研究工作，并且必须解决与量子相干性和低温操作有关的问题。

36。量子密码学（）

无论是服务个人通信，电子商务还是在线银行交易，都必须使用称为键的数字密码来保护通过交换的机密信息。量子密钥分布位于量子密码学的核心，该密码使用量子颗粒（电子，光子）在两个方之间牢固建立共享密钥。量子密钥分布系统利用量子力学中的基本原理：观察量子颗粒会自动改变其性质。因此，始终可以检测是否观察到量子粒子，表明安全漏洞。如果发生这种情况，则将键丢弃，并发送另一个键，直到双方确定没有其他人观察到钥匙为止。

2017年9月，科学家在北京和维也纳之间使用加密展示了世界上第一次世界洲际视频会议时，取得了一个技术里程碑。由于技术原因，量子通信以前仅限于几百公里，但中国卫星“ Mozi”在2016年推出了这一限制。上海和2,000公里外的地区配备了光纤通信设备，可与地面上方500多公里的轨道通信。该基础架构是世界上第一个接地量子网络。中国领导着量子技术的世界，并旨在到2030年建立全球量子网络。尽管将来量子技术的应用仍受到限制，但量子密钥可能会用于保护极其敏感和关键的数据。

37。self -spin （）

Self -Spin 是一个研究电子自旋对导电的影响的新领域。传统的电子设备基于电路周围的转移电子设备。自旋电流是旋转 - 旋转电子等效的电流。与电流不同，旋转可以在静态电子之间传递。在这种情况下，自旋电子设备包括“在固体物理学中研究电子学（更普遍地称为核）的作用”。

电子自旋可用于能量，光，声音，振动和热量之间的转换。这种在不同能量形式之间切换的能力可以应用于各种设备。自速电子电子设备的潜在应用是，音频设备允许声音向一个方向而不是相反的方向流动。

第四，生物跨学科（）

38。生物降解传感器（）

生物 - 可降解的电子设备是一种有限的寿命电子组件，可以通过水解或生化反应。该设备可用作临时传感器，药物运输，组织工程，微流体等的医疗植入物。通过生化过程自然降解的材料通常用于食品和药物包装。可降解的电子产品可以使设备更聪明，例如温度或化学监测。

目前，电子产品的期望可能只有几个月。废弃电子产品对生态学的影响令人担忧。使用生物降解或有机电子材料可以解决此问题。该材料是打开可以完全生物降解，生物相容性/生物代谢的电子产品的一种方式。这些设备可以在其生命周期结束时溶解。一方面，医疗植入物的发展是可能的。

39。芯片实验室（芯片实验室）

CHIP实验室整合了实验室功能，例如小型设备中的化学分析。快速脓性检测目前是CHIP实验室中非常重要的应用。诊断并不是及时引起脓性疾病的患者，并且每分钟对抗抗生素很重要。目前，芯片实验室系统正在开发血样的患者，以检测可能导致脓性疾病并减少不当使用抗生素的微生物。芯片实验室技术有望通过更好，更快的诊断来提高医疗水平，尤其是在医疗基础设施向后的领域。同时，这项技术允许患者在监测自己的健康中发挥更积极的作用。

40。分子鉴定

分子鉴定可以视为分子之间相互作用的研究。从医学的角度来看，分子识别决定了化合物是否具有临床性质。基于分子识别应用的纳米材料对于临床条件尤为重要。其中，鉴定成分可以是酶，DNA，RNA，催化抗体，适当的身体和标记物。

目前，分子识别技术在便携式设备诊断，电反应诊断和药物筛查中具有不同程度的使用。从长期的角度来看，分子识别是生活过程的基石之一。作为开发领域，它将创新医学。

41。生物电子（）

生物电子产品是一种使用生物量或生物体系结构来设计和制造信息处理机械及相关设备的技术。该区域使用生物燃料电池，生物量和生物量进行信息处理，信息存储，电子组件和执行器。研究领域的重要方向是生物质和小型电子设备之间的互补和相互作用。

研究人员为新的传感器，执行器和信息处理系统开发了生物励志材料和硬件体系结构。该领域的其他目的包括原子标准的分子制造，生物器官和电子设备之间的更好联系，这可能会促进人类在假肢，人 - 机器人融合和仿生主义领域的进步。它还将为健康建模，监测和细胞开发开辟新的前景。

作为存储介质，合成DNA比大多数现代切割边缘替代品紧密紧凑。另一方面，生活存储系统不仅可以用于存储数据，还可以记录人类细胞，组织或工程器官中的事件和过程。

42。生物信息（）

生物信息学是一个新的研究领域，它结合了许多学科，例如生物学，数学和计算机科学。它的目标是开发新工具来绘制和分析生物的数据。生物学信息的目的包括鉴定候选基因和核苷酸。目的是更好地了解遗传基础，独特的适应性，理想的特征或人群之间的差异。

目前，生物信息学的主要进步是生物杂交领域。生物杂种通常是指人造成分和至少一种生物成分的组合。这些技术可以应用于许多领域，例如从健康到纳米技术，机器人技术，甚至消费品（例如新鲜的农产品）。生物混合技术也将应用于未来的机器人中，这将使机器人技术更准确，这将使机器人能够广泛使用。同时，通过将该技术与生物学结合起来，可以复制组织或器官，以帮助人们更好地了解人类生理学或设计新药和药物输送方法。

43。植物（植物）

植物通信是指植物与其他生物之间的交流，无论是相同或不同类型的植物，土壤和昆虫，或更复杂的生物。一些研究团队目前正在探索使用植物作为传感器的方法。在有关植物通信的深入研究中，可能具有潜在的应用前景。

5。生物医学（）

44。基因编辑（基因）

基因编辑也被称为“基因组工程”，该工具是插入，删除，修饰或被生物体基因组插入，删除，修饰或代替的工具。通常的编辑方法是通过基因组中的工程核酸酶（分子剪刀）的靶标的双链破裂。这些断裂的双链通过非类似的末端界面或同源重组修复，结果是靶向突变。

目前，基因编辑已经在基因工程领域产生了革命。尽管基于细菌，但几乎适用于所有活细胞和生物。动植物提供新的可能性。

基因编辑将输入许多不同的应用程序，其中大多数仍然无法预测。当构思新用途时，需要大量创造力，需要考虑许多道德和监管问题。

45。基因治疗（基因）

基因疗法的重点是基因突变，遗传突变导致其产生异常的蛋白质。除突变外，基因疗法的基本原理是，缺陷基因被基因的治疗（也称为功能基因）所取代或激活。该基因通过病毒或“裸DNA”进入人体。

基因疗法已成为可行的技术能力，但是基因疗法的成熟度以及大规模采用的复杂性仍有待观察。另外，政策和各种道德困境也很重要。

46。抗生素药物敏感性测试（）

抗生素耐药性是世界上人类健康面临的最危险的风险之一，这意味着必须面对许多挑战，包括：预防感染，新的抗生素发展以及与感染性治疗作斗争的替代方法。将来，一旦确定了感染原因，医生将能够决定是否在现场采用适当的抗生素治疗，哪种抗生素是最有效的。

47。生物印刷（）

生物印刷是3D打印的特殊应用。它使用聚合物或基因工程生物材料生产组织和器官。其中一些可以植入人体。生物印刷的优势在于，材料的个体适应性更好，副作用较小，包括植入抑制。

目前，已经提出了一个3D打印系统，它可以打印活细胞以打印基于成人尺度的骨头，肌肉和耳朵组织。由于印刷项目以这种方式使用多龙的生物相容性合成聚合物，因此其结构是稳定的。

将来，第一批3D打印的人体器官将被移植而不会排除，这不仅满足了等待器官的巨大需求，而且还满足了那些想要更换它们的患者的巨大需求。从长远来看，“人芯片”模型可能会生成用于植入患者自己的细胞修复受损器官的各种类型的组织。

48。控制基因表达（基因）

基因表达是指导蛋白质合成并通过遗传表达产生各种细胞结构的过程。通过了解如何控制基因表达，科学家希望解决每个基因在人类和动物发育中的作用。

通过发现胎儿对疾病的敏感性以及以某种方式操纵细胞的早期研究，从而使未来的有机组织健康，从而促进辅助生殖和再生医学的发展。

基因组的不稳定性和基因的变化具有促进疾病发展，加速与年龄有关的病理，并促进组织变性和器官衰竭。通过研究人体基因表达的控制，可以预见人类的衰老程度和速度。在胚胎发育和多功能干细胞生物学过程中控制基因表达可能会完全改变辅助生殖和再生医学。

49。药物运输（药物）

药物运输是指用于治疗药物或药物复合物以达到治疗效果的治疗方法。药物传播技术的进步通常是为了提高药物的功效和吸收，同时减少其副作用。纳米材料和新材料正在完全改变这一领域。

提高的药物运输能力将导致药物的更快靶标，副作用越来越少，并且必要时停用或重新激活。通过将药物嵌入正确类型的设备中，它们还将为患者和治疗师提供信息。该治疗计划通过减少医院患者的消费时间大大降低了治疗成本。

50。客观遗传技术（）

客观遗传技术是指遗传功能的遗传变化，这些变化不需要DNA序列的变化。尽管实验表明某些明显的遗传变化是可逆的，但“表观遗传遗传”一词包括改变基因活性的过程而不改变DNA序列并导致可以将修饰传递给子细胞。

目前，有一些证据表明，许多疾病和各种健康指标都与表观遗传机制有关，包括各种癌症，认知功能障碍，呼吸系统，心血管，生殖，自身免疫和神经性行为。

充分了解解释遗传机制将有助于开发新的诊断方法，生物标志物和治疗方法。从长远来看，明显的遗传技术的应用可能会对人类产生不可抗拒的持久影响。它影响人类的生活方式，食品，农业和其他领域，尤其是对健康的影响。

51。基因疫苗

基因疫苗是由DNA或RNA合成的非蛋白质疫苗，可以促进人类免疫的改善并防止传染病的传播。它是根据基因疗法（）技术开发的。

DNA疫苗的前景非常稳定，这对于大规模生产和易于运输非常方便。当基因组疫苗成为常态时，由于持续时间长，它涵盖了广泛的病原体，并且很容易适应后者的新突变形式，因此免疫数量较小。

52。微生物学组（）

微生物无处不在，形成的微生物既好坏，又对人类健康有害。在早期，受微生物和饮食等因素的影响，人与人之间的微生物截然不同。另外，人体的不同部位具有不同的微生物。尽管肠道细菌的组成对某些基因的活性有影响，但仍需要确认这种情况。一项新的研究揭示了一种潜在的方法，即“良好”肠道细菌可以控制人类遗传活性并可能有助于预防大肠癌。

微生物组已成为医学研究人员的主要兴趣。了解微生物的多样性并发现新模型可以更好地理解疾病的原因，以及为什么在某些情况下，治疗效果比其他情况更好。大数据和新计算工具将使微生物组的宏观组分为可能。

53。再生医学（）

再生医学是一个新兴的医学领域，致力于找到一种修复或替代疾病，组织，甚至由疾病，先天性问题或创伤损害的整个器官的方法。组织工程，干细胞疗法以及人为培养的组织或器官。

再生医学将集中在细胞分化，细胞培养和组织工程方面的更可靠，更便宜的方法上。将来，人类将在没有外部支持矩阵的情况下生成组织和器官。

54。人类细胞（人类细胞）

重新分布的人类细胞通常是指免疫系统基因的遗传重新编程的白细胞或诱导的聚糖干细胞，该干细胞与胚胎干细胞相似。最近的研究证明，可以通过遗传编程，去除或减慢白血病的进展，通过产生免疫细胞的遗传编程并使免疫细胞仍在体内来产生可生物降解的纳米颗粒。多能干细胞的分裂是一种可以直接从成年细胞产生的多能干细胞。就像胚胎中产生的天然干细胞一样，它们也可以成为可以发展成皮肤，神经，肌肉或几乎任何其他细胞类型的任何其他类型的细胞。

55。细胞死亡（细胞死亡）

癌症是世界人类死亡的主要原因之一。 2012年，有1400万例癌症病例和820万癌症相关的死亡。预计这些数字将在未来20年内翻了一番。与当前的治疗方法相比，关键的调节分子靶向不同类型的细胞死亡可能更有效，毒性较小，并且产生癌症治疗的可能性较小。

鉴定新的细胞死亡机制并试图激活和控制多个细胞死亡是一种反对癌症的方法，表明癌症治疗的有效性取得了重大飞跃。同时，预计它将降低或解决困扰该领域的某些毒性和耐药性。

6。印刷和材料（＆）

56.2d材料（2d）

2D材料由原子薄层材料组成。当前的研究主要集中在不同2D材料层的异质性上，以及它们在光伏，半导体，光学组件和后硅电子电子中的应用中的应用。通过了解2D材料的异质结构以及使用半导体结构的能力，它为开发纳米电路和可穿戴设备的道路铺平了道路。 2D磁铁可以解决最令人难以置信的科学问题，打开超薄计算机的时代，而2D材料在感应和数据存储方面也具有潜在的应用前景。

57。食品3D打印（食物3D）

3D印刷食品的商业化已成为主流。目前，它的真正潜力似乎可能是在食品领域。专业人士可以通过3D打印发明新食物并进行实验；在医疗环境中，帮助饮食困难的人。

将来，可以直接生产和使用3D打印和原材料。几乎所有菜肴都可以“印刷”而不是烹饪。缺乏成分可以以形式和时间的基本粉末形式打印出来。质量和味道在每次都没有变化而不会偏离。食物3D打印大大简化了食物的生产过程，还可以帮助人们制造更多的营养，健康和有趣的食物。

58。玻璃3D打印（玻璃3D）

通过快速原型制造玻璃对象的前景，玻璃的独特性能一直很明显。玻璃3D打印的最新进度为快速生产玻璃零件提供了解决方案。该技术使用熔融玻璃。印刷完成后，几乎不需要以后的治疗。

玻璃是必不可少的高性能材料。独特的功能使其在生物技术，光学，光子学和数据传输领域中使用。玻璃3D打印的进步为实验室设备制造铺平了道路，这也为内部生产带来了便利。它使技术人员可以使结果更接近成品。艺术表演还可以通过复杂的几何结构实验到达新领域。

59。3D打印大物体（大的3D）

无论产品设计尺寸如何，3D打印技术的最大优势之一是制造商可以控制物体物理形式的各个方面 - 可以通过特殊软件来优化对象的形状。在不久的将来，不仅是小型设备，大型或大物体的主要组件将被打印3D。可以通过特殊设计软件优化大型对象，以使材料和功能满足环境的要求。

60。4d打印（4D）

4D打印技术意味着3D技术印刷的结构可以改变外部世界外部激励下的形状或结构。材料和结构的变形设计内置在材料中。它可以自动组装配置，实现产品设计，制造和组装的集成。如果4D打​​印暴露于刺激（加热，光，水和磁场），它将随着时间的推移而变化形状或性能转换。

4D打印的形状记忆聚合物将极大地影响健康行业。 4D打印也可用于组织工程，自组装生物质，纳米颗粒和纳米机器人进行化学疗法。在能源行业中，将来将在太阳能电池板上使用形状的存储材料来检测阳光的传感器的生产并自动旋转。

61。液压凝胶（）

水凝胶是一种天然或合成的聚合物，具有高吸收（包括90％以上的水）。由于其高水分含量，它们显示出“非常柔韧性作为天然组织”，通常将水凝胶用作分子和细胞物种的载体，这可以总结细胞/组织发育中的动态信号。由于其仿生型，水凝胶是生物医学应用的主要材料，例如药物传播和干细胞疗法。一般而言，水凝胶的生产需要一系列的化学反应以及前体材料之间的相互作用。

水凝胶在医疗领域的前景广泛。在不久的将来，水凝胶将为紧急工作提供基本支持，以便患者可以实现自我修复。随着技术的进一步开发，康复软件机器人将能够与生物体的细胞接触并在微观和亚微米水平上进行手术。

62。超级材料（）

超级材料是由多个单独的纳米元素组成的人造组件。澳大利亚研究人员在纳米材料中发现了新功能，并为创建热