2020美国十大新兴科技，正在改变各个产业

虽然新冠疫情依然在美国肆虐，但是美国科技界也在不遗余力的抗击疫情。从各种各样的新冠检测试剂的涌现，到多种新冠疫苗的研制成功，高新科技正在努力拯救生命。这场史诗级别的疫情事实上改变了社会形态和大众的消费习惯，因此也在推动新科技的诞生。不久的将来，虚拟临床实验可能会被批准用于新疫苗和疗法的测试。

这个榜单由美国《科学美国人》杂志和世界经济论坛召集，筛选出75项提名。最终获胜的提名必须具有明确的路线以刺激社会和经济进步的潜力，同时它们还必须具有创新性但是可能会在未来3到5年产生重大影响。指导小组通过虚拟会议（这也是疫情大力推动了的一项技术）来不断消减名单最终获得了这项10大新兴科技榜单。

1.微针头（Microneedle）技术令无痛注射和抽血成为可能。

扎针的时候的疼痛感主要是因为针头接触到了神经末梢，而微针头技术可以避免与神经末梢的接触因此不会产生疼痛感。微针的长度在50到2000微米之间，大概就是一张A4纸的厚度，宽度为1到100微米，仅仅是人类头发的宽度。大部分微针都无法达到人类皮肤的真皮层，这里是神经末梢、血管、淋巴管和结缔组织密集的地方。

微针技术分注射和贴剂两种，2020年，科研人员已经推出了一种基于微针技术的皮肤病治疗方案。一家叫Vaxxas的公司正在研发一种基于微针技术的疫苗贴剂，通过低于正常剂量的疫苗可以引发增强的免疫反应。

2.可见光催化剂转化二氧化碳为普通材料

目前多家科研机构正在研发这项技术，通过可见光和催化剂的作用，将废气中的二氧化碳转化为可用的普通材料，而这些产出物将用于合成各种产品，比如药品、洗涤剂、化肥和纺织品。

目前美国、荷兰和德国的多家科研机构正在努力研发这项非常有价值的绿色科技，包括美国加州理工学院和劳伦斯.伯克利国家实验室合作运营的人工光合作用联合中心。

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3.虚拟病患技术将彻底改变医学

在一些领域，高科技已经取代了医生，那病人呢？比如在新冠疫苗的临床试验当中使用虚拟病患来取代真实的人。如果这项技术成功了，那么新疫苗和疗法的研制将大幅度提升效率，不再需要数月甚至数年的时间来做实验。

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虚拟病人的技术的基础是虚拟器官，该技术将人类的实际器官进行非侵入性高分辨率成像从而获得解剖学数据，并将其输入到模拟该器官的复杂数学模型当中。在功能强大的计算机系统中使用算法来让模拟器官表现得像真实的人类器官。

美国在计算机模拟临床试验的研发中已经取得了一定程度的进步，比如美国FDA正在使用计算机来评测新型X摄像摄影系统，真人已经不再参与到这项工作当中。同时，该机构还发布了包括虚拟病患在内的药物和设备试验指南。

4.空间计算将成为下一个风口

空间计算通过对物理世界的建模，将现实世界在数字世界重新建立，通过物联网和各种传感器来感知现实世界中的各种变化和物体的移动，从而让数字世界构建控制现实世界的能力。

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目前，包括微软和亚马逊在内的大公司都在大量投资空间计算技术的研发，这个领域被视为下一个千亿美元级别的产业，也就是所谓的“风口”。

5.数字医学将用于诊断和治疗

目前各种智能设备都在检测使用者的健康数据，比如iWatch搭载了强大的心跳传感器，可以有效的记录你的锻炼、睡眠、心跳异常等等数据。这并不是孤立的案例，很多智能电器都能够做到这些。

新冠疫情也推动了远程诊断技术的发展，很多检测都可以通过标准化的智能医疗设备由病人自己在家完成，医生通过得到的数据可以远程诊断。

6.电动飞机

电动汽车市场目前异常火热，人们似乎没有注意到电动飞机已经取得了很大的进展。目前，包括空客、Ampaire、MagniX和Eviation在内的专业公司都在研发电动力飞行器，并且正在寻求美国联邦航空管理局的认证。

图片引自Eviation

2019年，航空旅行占到全球碳排放的2.5%，并且在快速增长当中。电动飞机能够减少多达90%的燃料成本，多达50%的维护成本和近70%的噪音。电动飞机一次大修可以支持近2万小时的飞行，远胜喷气式飞机。

7.低碳水泥

生产水泥的过程中释放了大量的二氧化碳，体量之大，大到占据了碳排放总额的8%。如果将其单独提出来，可以在碳排放国家排行中排第三，仅在中国和美国之后。

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目前美国大公司已经研发出替代方案，可以大幅度减少生产过程中产生的二氧化碳。

8.量子传感器

图片引自美国阿贡国家实验室网站，版权归原作者所有

美国的阿贡（Argonne）国家实验室正在利用各种量子力学特征来提升传感器的精度，这种传感器甚至能够透过障碍物，让自动驾驶汽车探测更大的范围，提升自动驾驶的安全性。没错了，一旦这种传感器商业化，自动驾驶汽车提前“看到”拐角处的情况。

9.绿色氢能

传统生产氢气的方法是将化石燃料暴露在蒸汽中，这种叫灰氢；如果在上述过程中捕获和隔离了二氧化碳，则成为“蓝氢”。成本最高的是绿氢，它是通过电解水而产生的，这个过程没有副产品。

近些年来，用于产生绿氢的电解槽技术有明显提升，其成本在过去5年已经下降了50%。因此这项技术的实用性越来越强，当电网的电能有剩余的时候，可以用来生产绿氢，从而将过去浪费的电能以绿氢的形式存储下来。

据美林银行预计，到2050年，绿氢将为人类提供24%的能源供应，同时减少30%的碳排放，这是一举两得的好事。

10.全基因组合成将改变细胞工程

新冠疫情事实上也推动了全基因组合成技术的进步，在流行初期，中国科学家把病毒的基因序列上传到了遗传数据库。然后，一个瑞士的科研小组拿到了这份病毒的生产蓝图，并且生产了病毒样本，这就是所谓的全基因组打印。

在此之前，人类对基因组的编辑绝大部分都是轻度的，而全基因组合成技术将大幅扩展细胞工程的广度，让其能够做的事情更加广泛。这些研究对研制新药等等工作都有帮助。