全球趋势2030——新技术的影响

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全球趋势2030——新技术的影响

日期：2013-02-27
作者：梁偲;王雪莹;陈颖健
来源：文汇报

            

            

　　2012年12月10日，美国国家情报委员会（NIC）发布了《全球趋势2030：多元化的世界》研究报告，对2030年前可能出现的世界性趋势作了预判。

　

　《全球趋势2030》将新技术影响等六大因素视为改变世界未来的关键变量。报告认为：近15～20年内，人类能否取得科技突破以提高生产率并解决全球人口增长、迅速城市化和气候变化等问题，将深度影响着世界的发展走向。报告提出：到2030年，有四个技术领域将深度影响着全球的经济、社会和军事发展，分别是信息技术、自动化和制造技术、资源技术以及医疗技术，本刊就其中主要内容向读者作概要介绍。

　　文章编译：梁偲 王雪莹（上海市科学学研究所）

　　点评专家：陈颖健（中国科学技术信息研究所研究员）

　　

资源技术

　　资源技术包括：转基因作物、精准农业、水资源管理、生物能源和太阳能等。其中，中国、印度和俄罗斯等国对关键资源有强烈的需求，他们有望成为最早实现下一代资源技术商业化的国家，从而获得强大的全球竞争力。在未来15～20年，除了成本上的竞争以外，现有或下一代资源技术的发展在很大程度上取决于社会态度和政治走向。

　　转基因作物

　　随着世界人口的增长和气候变化，转基因作物已成为提供足够食品和燃料以满足世界需求的关键技术。分子生物学技术应用在农作物上，使科学家能够识别和发现具有农作物重要特性的基因；植物细胞遗传学研究结果表明，在未来15～20年，现代分子育种和转基因技术具有大幅改善全球食品安全的潜力。

　　转基因技术研究人员已经发现了很多具有农作物有用特性并最终可能商业化的基因。尽管转基因技术发展迅速，但目前只有大豆、棉花、玉米的抗除草剂和抗虫特性达到了商业规模应用。新近获得商业应用的还有马铃薯，在未来5年，转基因油菜和稻米也有望开展商业种植。

　　一个新的转基因作物的上市，需要经过多年的努力才能满足所有监管机构的要求。到目前为止，尽管转基因作物得到了监管机构的批准并拥有安全防护措施，但许多消费者和世界各地的政治代表仍然对转基因作物缺乏信任。因此，转基因作物在未来几年的发展面临着重大挑战。

　　精准农业

　　精准农业技术有望在减少种子、肥料、水等投入的同时，增加粮食产量和提高农作物质量，最大限度地减少农业对环境的负面影响。精准农业适合各种大小不等的农场，可以在资源短缺和环境局限的情况下保障全球粮食的供应。

　　未来10～15年，科技的进步和制造业的发展有望缩小现今自动化农用车辆和工具的尺寸，自动农耕机将在大规模农业耕作中扮演全方位的角色。发展中国家农民可以在小块土地上使用小型农用车辆进行精耕细作，以获得更高的产量。

　　水资源管理

　　目前，用于农业灌溉的大约60%的淡水资源是被浪费掉的，而要维持农产品的可持续增长，需要制定有效的水资源管理措施。农业高效用水技术是面对全球水荒的惟一选择。这一系列的技术包括精准农业技术、转基因耐旱技术、耐盐技术以及微灌系统和温室水培技术等。

　　微灌技术可以将90%～95%的水送往土壤，相对于输送35%～60%的沟灌技术、60%～80%的自动喷洒系统来说非常先进，但这样的效率需付出较高成本（每公顷地花费2500～5000美元，使用寿命10～15年）。精准农业技术在提高雨水灌溉效率的同时，降低了对地表水的需求。在雨水灌溉的土地上种植转基因耐旱植物，不仅可以提高农业用水的整体效率，而且有助于政府调整农业用水价格，使农民有更强的节水动力。

　　生物能源

　　避免与粮食作物发生冲突，研究人员正在研发非食物来源生物能源技术。如果在成本上有竞争优势，在未来15～20年，它可以部分代替石油，增加世界对能源需求的多元化选择，对于保证食品安全具有重要意义。

　　纤维素乙醇的原材料来自于农业和林业的废弃物，但成本高于从玉米中提纯乙醇，包括从废弃食用油中提炼生物柴油的技术在全球，特别是在欧洲，发展十分迅速。基于海藻的生物能源技术具有高产出率、使用非耕地和多种水源（包括盐水以及废水）生存，以及二氧化碳和其他废弃物的循环利用等优势，受到了广泛关注。然而，生物能源商业化的主要障碍在于难以获得具有竞争优势的低成本，以及未来蓄电传输技术广泛使用的不确定性。另外，政府持续的经济支持对发展生物能源技术也非常必要。

　　太阳能

　　由于政府补贴和成本的快速下降，太阳光伏技术现在已经广泛应用于电力生产，中国已成为光伏器件生产的主要国家。太阳热电技术可以用储热代替储电，从而部分解决发电的间断性问题。然而，太阳能光伏发电厂或太阳能热电厂未来是否比传统发电方式更有经济优势，一时还难以定论。

　　太阳能是一种蕴藏丰富的可再生资源，在很多地区其理论潜力超过目前的能源供应总量，且不会对环境产生污染。然而，要发挥其全部潜能会面临很大挑战。如果政府因财政紧张而取消太阳能激励政策，那么，它将无法抗衡煤和天然气的发电成本。另外，太阳能是间歇性能源，只有在阳光下才能发电。如果没有足够的能源储备，太阳能将无法完全替代其他能源发电系统，而且分散式太阳能发电的广泛应用还需建设大量的电网基础设施。

　　点评

　　全球人口的增长，使得对食物、水和能源这些资源的需求将大幅增长。解决其中任何一种商品的努力，都会影响到其他商品的供需关系。农业、食品安全对人类的重要性毋庸置疑，未来10年，转基因技术还会快速发展，对公众来说，理性对待转基因是关键。随着全球气候变暖日益加剧，强化水资源管理和大力发展可再生能源都是人类面临的紧迫问题，尤其是大规模发展太阳能往往需要消耗大量的水资源，在缺水地区如何解决这个问题对人类智慧将是一大挑战。

　　

医疗技术

　　如果疾病管理技术的发展使得世界人口寿命延长成为可能，那么人类机能增进技术将会改变人们的日常生活方式，特别是对老年人和行动不便的人。发展中国家在人口健康和寿命方面将获得改善，这些国家快速增长的中层阶级将是最大的受益群体。很多引领疾病管理技术创新的中心很可能出现在东方。

　　疾病管理

　　疾病管理技术可以有效控制或处理传染性和非传染性疾病。目前，医生一时难以区分许多症状类似的疾病，而检测结果往往需要好多天，导致诊断延误甚至危及生命。分子诊断是一种颠覆性的技术，它能够掌握致病或者倾向致病的基因信息，快速提供基因分析和致命性疾病种类的检测结果，帮助医生制定最佳治疗方案；治疗诊断学通过缩短病人的恢复时间及减少手术引起的并发症，以降低医疗成本；合成生物学的进步可以产生新的治疗方法和诊断药剂；再生医学将与诊断和治疗方案并行进步，2030年，肾脏、肝脏等替代器官的发展将达到比较完善的程度。

　　基因测序费用将仍然是分子诊断技术在常规应用中的最大障碍。未来，使用硅基分子诊断技术会降低基因测试的成本，使之不再依赖昂贵的生物试剂。协同技术——包括计算机处理能力、大数据存储和分析等——对管理大量的基因组测序来说非常重要。随着计算机技术的进步，计算能力将不再成为疾病管理的瓶颈，而诊断测试技术获取政府批准的过程，才是延迟其应用时间的主要因素。

　　人体机能增进

　　人体机能增进技术可以提供同等或略高于人体本身的功能，或者取代缺失的功能，比如，可以提升普通人或军人的工作效率，或直接与使用者身体相连的假肢。又如，外骨骼技术能帮助老人进行简单的行走和抬举活动；脑-机接入技术可以提供给使用者类似超人的能力；视网膜植入能够增加夜视能力；神经增强技术能够提供更高级的记忆模式、更快的思维速度和更强的学习能力；增强现实系统可以提供对于现实的强化体验等。

　　由于人体机能增进技术价格昂贵，未来10～20年间，只能在能承担费用的部分群体中推广。此外，其附加配件的进步对于提高该技术的实用性非常必要，例如，电池容量的增加可以延长外骨骼的使用时间。关于人脑记忆模式和大脑功能的进一步研究，将对未来实现脑-机连接起到决定性作用。当然，人体机能增进技术也不可避免地将会面对伦理道德的挑战。

　　点评

　　疾病管理的目标是：形成合理的生活方式，降低慢性疾病的危害性，改善个人生活质量。目前中国已进入老龄化社会，60岁以上的老年人达1.43亿，并以每年3.2%的速度增长。疾病管理将是为老龄化社会提供健康服务的主要内容，也将成为大数据的应用领域之一。

　　据预测，除信息技术外，将在市场形成规模的技术就是人体机能增进装置，它们将提高人的感知能力和体能。其中包括，机械外骨骼、脑-机接口、视网膜植入、听觉增进装置，甚至是提高智力的神经性药物。该项技术可使普通人更加高效地工作，或能进入特殊环境中工作。对老年人讲，这些技术可以提高其生活质量。

　　

自动化和制造技术

　　新型制造业和自动化技术，例如增材制造技术或3D打印和机器人技术，可能将改变发展中和发达国家原有的生产模式。在发达国家，这些技术在提高生产力、解决劳动力稀缺、减少外包需求和缩短供应链长度等方面很有潜力，但也可能会使劳动力过剩局面加剧。在发展中国家特别是亚洲国家，新技术将激发新的制造能力，进一步提升制造商和供应商的竞争力。

　　机器人

　　在民用和军事领域，机器人比人类有更好的感官和机械性能，适合执行例行的常规任务。在世界各地运作的超过120万台工业机器人，已经使生产环境发生了巨大的变化。同时，新一代机器人正出现在服务型应用中，包括清洁、公共活动和日常维护等方面。

　　到2030年，机器人在部分生产环节中将完全取代人类，使得发达国家生产某一产品或部件成本低于外包成本。即使在发展中国家，机器人也会取代部分劳力（如在电子行业），极有可能降低当地的薪资水平。军队预计将增加机器人的使用。医疗保健和护理机器人将更为自动化，尽管只能执行某些特定的功能，如手术助手或协助日常生活等。机器人有助于化解老龄化社会的影响，在未来20年，这一效果仅限于一些特定的国家，如日本和韩国。

　　在机器人获得大规模推广应用之前，其制造成本必须大大降低。在非工业机器人领域，研究人员应加大对智能机器人的研发力度，提高它们理解周围世界、应付意外事件的能力，更好地与人互动。未来新型机器人将会面临前所未有的关注，而公众的反应对非工业机器人的发展也至关重要。

　　自动交通工具

　　自动交通工具可以通过传感器或软件控制方向及躲避障碍物，也可以通过无线电和激光测距仪接收全球导航卫星系统的数据进行导航。自动交通工具可用于军事行动、解决冲突，进行运输和土地勘测。比如，自动驾驶汽车将有助于缓解交通拥堵，减少事故，提升个人生产力（乘车时司机可以做其他事）。大规模运输的创新将可能出现在成长最为迅速的亚洲城市带。然而，恐怖分子利用无人机投放爆炸性武器，也可能造成更多的破坏。

　　发展自动交通工具的关键在于其安全可靠性，特别当交通工具在人口密集区域运行的时候。另一个障碍是社会接受度的问题：尽管远程操控在技术上对于使用者不存在问题，但从有人驾驶到无人驾驶，或许人们的观念一时难以转变。

　　增材制造

　　增材制造或3D打印技术是一系列技术的组合，即通过一台机器逐次添加物层的方式来制造一个物品，其组合由计算机辅助设计（CAD）、激光成型、挤出机，或能一次打印一层物质的打印机针头构成。增材制造能一次性生成复杂的几何物体，其内部可以有空腔或活动部件，而传统的机械不能胜任。

　　增材制造已经在消费品、汽车工业及航空工业等领域部分获得应用。它对于制造新奇廉价的物品很合适，但生产大体积、低价格且有足够强度的部件其能力有限。2030年，增材制造有望取代一些传统的规模化生产企业，导致大量拥有现代生产能力的本地化微工厂出现，有效缩短生产周期，简化供应链。在这一过程中，发展中国家将是主要受益者，因为增材制造相对于传统制造而言，其对工业基础建设的要求更低。

　　2030年，3D打印技术与印刷电路技术的结合有望将电子元件（诸如电子线圈、天线、电池和记忆卡）与结构部件一次性制造出来，包括打印动脉血管和简单器官，也不是不能实现的，但复杂器官的生物打印有赖于科技的重大突破。

　　点评

　　奥巴马政府将3D打印、机器人、人工智能视为重振美国制造业的三个重要支柱，认为可以凭借这些技术使制造业“重归美国”。《时代》周刊也将3D打印产业列为“美国十大增长最快的工业”。目前，3D打印最适合小批量、个性化的产品生产，并处在由日用消费品、医疗器械向汽车、航空、军事等领域快速渗透的阶段。一般认为，3D打印技术将在互联网和新材料、新能源相结合基础上产生的世界第三次工业革命中扮演重要角色。新工业革命将使全球技术要素和市场要素配置方式发生革命性变化。

　　

信息技术

　　在未来15～20年，信息技术的硬件、软件和连接性将会在性能、复杂度和传输速度上有大规模的增长。在2030年之前，大数据存储和处理解决方案、社交网络技术和“智慧城市”技术这三项信息技术的发展，将改变我们的生活和工作方式。其中，量子计算技术的发展至为关键。

　　数据解决方案

　　数据解决方案包括一系列的新兴技术，它可以帮助使用者从“大数据”（使用传统工具难以管理的非常大的数据集）中累积、存储、管理和提取有用的数据。一方面，新的数据存储和处理方案有助于决策者解决经济困难和管理问题，获得更直观的人机互动，提高数据的可访问性和可用性，并大大提高预测模型的准确性；另一方面，高级的数据解决方案也更易于出现信息超载，并需要高昂的维护费用。但它对于完善基础设施、取得信息战的主动权等仍然是必要的。

　　目前，数据解决方案在商业、大规模科学数据处理和政府服务，包括情报获取和法律实施等方面发挥了重要作用。未来，数据解决方案将在包括天气预报、物理学研究、太空探索等诸多领域大显身手。随着时间的推移，大数据集的增量将以指数方式增长。数据处理能力能否跟上数据的扩张速度，已成为技术发展中难以预料的最大变数。当前的数据解决方案依赖于传统计算方法。尽管存在巨大的技术挑战，但量子计算技术有可能对2030年的人类社会发生重大影响。

　　社交网络技术

　　当今，社交网络技术在提升个人用户与其他用户共享兴趣爱好过程中形成的线上社会网络，已逐渐成为网络生活中很重要的一部分。社交网络技术用途新颖、范围广泛，从遥控家用电器到预约饭店，从针对性广告到反恐怖主义，等等。很多时候，一些用户自己开发出的社交网络，其用途远远超出了网络供应商的预期。当社交网络变成实体组织的时候，它甚至可以代替现有企业和政府机构，提供新型的、分散化的社会服务。

　　一般来说，社交网络服务越开放，其可以提供更多的实用功能服务。但是，未来大量的用户可能会更加重视隐私保护，而拒绝社交网络服务获取个人信息。包括社交网络企业的发展，尽管Facebook已经成为世界范围内占主导地位的社交网络公司，拥有近10亿用户，但却难以保证未来15～20年内仍能保持这种主导地位。未来居于主流的社会网络不一定是正规的组织机构，而有可能是依靠点对点共享技术而建立的非政府团体。因此，未来社交网络技术的发展需要在用户个人隐私和网络公开之间寻求平衡点。

　　智慧城市

　　智慧城市是利用以信息技术为基础的解决方案推进城市的可持续发展，在提高生产力和改善生活质量的同时，尽可能地减少资源消耗和环境恶化。先进的信息技术是城市规划治理、资源管理、基础设施、交通设施、城市规划、安全服务、紧急服务和灾害响应系统的基础。例如，新出现的“城市控制面板”，可以整合来自整座城市的监控摄像和传感器数据，为管理者提供城市的实时综合状况。

　　在接下来的20年，那些围绕城市发展的信息技术、集成系统、可持续发展技术的供应商和集成商将获得大量的市场机会。比如，一些未来的大都市将会从“空白”开始设计和建设基础设施，其中大多数城市也会将新技术整合到现有的基础设施中。无论是哪种情况，新技术应用的规模和其复杂性以及高昂的成本，都将是建设智慧城市面临的主要挑战。到2030年，智慧城市的创新中心将会从欧洲和北美转移到非洲、拉丁美洲，特别是亚洲的城市中心。

　　点评

　　新一代信息技术包括大数据研究、宽带网络、智慧城市和社交网络等，其中大数据和宽带接入具有基本的重要性。目前大数据的标准是，单一数据集的大小在数十TB（万亿字节）至PB（千万亿字节）之间，例如，淘宝网单日数据产生量超过50TB；百度每天大约处理60亿次搜索请求，数据量达数十PB。智慧城市是现代城市发展的愿景，它在产生大数据，同时大数据也支撑着其发展。社交网络的本质是人与人的联网，个人产生的数据占到大数据总量的75%。目前，中国的宽带接入平均下行速率只有全球宽带接入平均水平的三分之一，但费用却是发达国家平均水平的3～4倍。最新研究结果表明，宽带普及率提高1%可使GDP提升10%，宽带速度提高1倍，可使GDP增加0.3%。截至2012年12月底，中国网民规模达5.64亿，互联网普及率为42.1%，与发达国家相比还有较大的提升空间。