在研發(fā)和創(chuàng)新相關(guān)政策規(guī)劃時(shí)，及時(shí)了解掌握能夠?qū)θ蚩萍己徒?jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大影響的技術(shù)突破顯得尤為重要。歐盟委員會(huì)（EUROPEAN COMMISSION）發(fā)布《面向未來(lái)的100項(xiàng)重大創(chuàng)新突破》（100 Radical Innovation Breakthroughs for the future）報(bào)告，為所有關(guān)心科學(xué)、技術(shù)和創(chuàng)新決策的人們提供了戰(zhàn)略資源。該報(bào)告通過(guò)對(duì)最新科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)的大規(guī)模文本挖掘，結(jié)合專(zhuān)家的咨詢(xún)?cè)u(píng)論，篩選了100項(xiàng)可能對(duì)全球經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生重大影響的顛覆性技術(shù)，為歐盟未來(lái)研究與創(chuàng)新政策的可能優(yōu)先事項(xiàng)提供參考。本文就其主要內(nèi)容進(jìn)行摘編。

一、人工智能和機(jī)器人（Artificial Intelligence and Robots）

1. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality）

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）指將計(jì)算機(jī)生成的圖像（甚至聲音）疊加在我們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感知上。從技術(shù)角度來(lái)看，AR是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)橛脩?hù)可以利用它從多角度理解三維環(huán)境。實(shí)現(xiàn)AR的基礎(chǔ)是虛擬投影與現(xiàn)實(shí)世界的集成。AR的專(zhuān)業(yè)應(yīng)用是交互式手冊(cè)，為操作機(jī)器的人提供現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)。最新的研究領(lǐng)域是人類(lèi)醫(yī)學(xué)。醫(yī)生們?cè)谑中g(shù)過(guò)程中使用AR技術(shù)，將大大減少在手術(shù)室的時(shí)間。已有研究證明，AR可以幫助截肢患者，通過(guò)向患者展示自己運(yùn)動(dòng)的虛擬實(shí)時(shí)模型來(lái)改進(jìn)康復(fù)方案，使他們能夠自我糾正。

2. 室內(nèi)自動(dòng)耕作（Automated Indoor Farming）

在具有高放射性地區(qū)，人們總擔(dān)心傳統(tǒng)種植的產(chǎn)品可能含有放射性沉降物；在缺乏水資源和沙漠地區(qū)可能會(huì)給蔬菜種植帶來(lái)挑戰(zhàn)。因此，在室內(nèi)進(jìn)行工廠(chǎng)化養(yǎng)殖得到推廣。室內(nèi)自動(dòng)耕作在人工智能系統(tǒng)的指導(dǎo)下，機(jī)器可以執(zhí)行傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)任務(wù)，如育苗、再植和收獲，也包括畜牧業(yè)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，農(nóng)業(yè)可能會(huì)完全自動(dòng)化，首先在缺乏人力資源和極端條件的地區(qū)實(shí)現(xiàn)，然后推廣至全球。這可能對(duì)食品文化、可持續(xù)性、社會(huì)結(jié)構(gòu)以及就業(yè)等領(lǐng)域產(chǎn)生顛覆性影響。

3. 區(qū)塊鏈（Blockchain）

區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N允許互不相識(shí)的人組織網(wǎng)絡(luò)來(lái)保存可信記錄的技術(shù)。區(qū)塊鏈也是比特幣等加密貨幣的核心技術(shù)。區(qū)塊鏈可能會(huì)通過(guò)建設(shè)去中心化網(wǎng)絡(luò)，為所有可能的交易提供一個(gè)中立和公平的結(jié)果。企業(yè)將區(qū)塊鏈技術(shù)視為提高自身業(yè)務(wù)可追溯性的機(jī)會(huì)。區(qū)塊鏈技術(shù)可以保存不可變記錄，沒(méi)有任何麻煩或感染的風(fēng)險(xiǎn)，網(wǎng)絡(luò)上的任何人都可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，可以用來(lái)增加工作的透明度。公共團(tuán)體和企業(yè)認(rèn)為區(qū)塊鏈?zhǔn)俏磥?lái)誠(chéng)信經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)設(shè)施。

4. 聊天機(jī)器人（Chatbots）

聊天機(jī)器人是一種通過(guò)書(shū)面文字或現(xiàn)場(chǎng)音頻與人進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)的計(jì)算機(jī)程序。傳統(tǒng)上，聊天機(jī)器人遵循一組預(yù)定義的規(guī)則和腳本，查找特定的單詞并為預(yù)定義的問(wèn)題提供預(yù)定義的答案，這種模式通常會(huì)導(dǎo)致用戶(hù)體驗(yàn)不佳。較新的聊天機(jī)器人由人工智能技術(shù)提供動(dòng)力，使得它們?cè)谟脩?hù)輸入方面更加靈活，并模糊了聊天機(jī)器人與Siri、Cortana或Google Assistant等虛擬助手之間的界限。

隨著聊天機(jī)器人在理解和響應(yīng)用戶(hù)問(wèn)題方面越來(lái)越好，它可能會(huì)不斷進(jìn)化并成為主流。未來(lái)的聊天機(jī)器人可能會(huì)帶來(lái)豐富的會(huì)話(huà)用戶(hù)界面，使用戶(hù)可以自然地與計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)和機(jī)器人等進(jìn)行交互。

5. 計(jì)算創(chuàng)造力（Computational Creativity）

計(jì)算機(jī)能夠創(chuàng)造出原創(chuàng)性的藝術(shù)、創(chuàng)意和解決方案，它們看起來(lái)像在大型藝術(shù)博覽會(huì)上出現(xiàn)的作品一樣。制作這些作品的半自主人工智能系統(tǒng)由設(shè)計(jì)師支持，但通過(guò)沒(méi)有先入為主的限制和使用較高的處理能力來(lái)確定新的途徑、新的解決方案和新的想法。

人工智能在未來(lái)將扮演越來(lái)越重要的角色，除了完成機(jī)械任務(wù)外，還可以增強(qiáng)人類(lèi)的探索和解決問(wèn)題的能力。下一個(gè)前沿領(lǐng)域是使用復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)設(shè)計(jì)全新的策略，這些策略迄今仍在挑戰(zhàn)人類(lèi)的想象力。

6. 無(wú)人駕駛（Driverless）

無(wú)人駕駛技術(shù)廣泛應(yīng)用的主要障礙之一是傳感器的相對(duì)成本和復(fù)雜性，因此需要花費(fèi)大量的精力來(lái)尋找感知世界的新方法。從界面設(shè)計(jì)的角度來(lái)看，無(wú)人駕駛車(chē)輛出人意料的復(fù)雜，創(chuàng)造完全自主無(wú)人駕駛汽車(chē)的進(jìn)程仍在繼續(xù)。然而，盡管有大量的跨國(guó)資源致力于開(kāi)發(fā)這項(xiàng)技術(shù)，但其前景并不像許多人最初認(rèn)為的那樣可觀(guān)。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，無(wú)人駕駛成為常態(tài)社會(huì)將發(fā)生范式轉(zhuǎn)變，擁有私家車(chē)可能不再對(duì)很多人有吸引力，無(wú)論是陸運(yùn)、空運(yùn)還是海運(yùn)，運(yùn)輸都將成為一種商品。很難想象某個(gè)行業(yè)不會(huì)受到無(wú)人駕駛汽車(chē)的影響，因此政府應(yīng)該保障立法與技術(shù)的和諧發(fā)展。

7. 外骨骼（Exoskeleton）

外骨骼是一種體外的人造結(jié)構(gòu)，為了補(bǔ)償或增強(qiáng)自然的身體能力而設(shè)計(jì)。它被放置在人的身體上，作為一個(gè)增強(qiáng)放大器，增強(qiáng)或恢復(fù)人的機(jī)械性能。外骨骼最成熟的應(yīng)用是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，它們將幫助患者從癱瘓、多發(fā)性硬化癥、腦癱和其他使人衰弱的疾病中康復(fù)。外骨骼可能會(huì)逐漸被老年人廣泛使用。新的工業(yè)設(shè)備可能更接近骨骼，從而提升了人體意識(shí)和身體動(dòng)作的整合度。但在不久的將來(lái)，可能只能看到提供有限援助/支持的輕型軍事外骨骼裝備。

8. 高光譜成像（Hyperspectral Imaging）

高光譜成像在安全、國(guó)防、環(huán)境監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。傳統(tǒng)的數(shù)碼攝影只捕捉三種波長(zhǎng)的光，從藍(lán)色到綠色再到紅色，高光譜成像可以在數(shù)百個(gè)波長(zhǎng)上產(chǎn)生圖像。這些圖像可以用來(lái)確定在任何被成像的場(chǎng)景中發(fā)現(xiàn)的物質(zhì)，有點(diǎn)像遠(yuǎn)距離的光譜學(xué)。

高光譜成像能夠提供比常規(guī)成像系統(tǒng)更詳細(xì)的數(shù)據(jù)，目前仍處于起步階段。高光譜機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用存在一些限制，關(guān)鍵因素是傳輸速度，受高光譜數(shù)據(jù)固有的大數(shù)據(jù)量的限制，成本和信息處理方法也是高光譜成像的應(yīng)用障礙，但是將最新的高光譜成像引擎技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法結(jié)合起來(lái)有望解決這些問(wèn)題。

9. 語(yǔ)音識(shí)別（Speech Recognition）

第一個(gè)商業(yè)上成功的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)可以追溯到1990年，但隨著計(jì)算能力和新算法的發(fā)展語(yǔ)音識(shí)別取得了驚人的進(jìn)步。研究人員制造了一種用于自動(dòng)語(yǔ)音識(shí)別的低功耗專(zhuān)用芯片，其功耗效率是手機(jī)多功能芯片的100倍。新的語(yǔ)音處理器支持立體聲 AEC（聲學(xué)回聲消除）和遠(yuǎn)場(chǎng)線(xiàn)性麥克風(fēng)陣列，它專(zhuān)為支持語(yǔ)音的智能電視、條形音箱、機(jī)頂盒和數(shù)字媒體而設(shè)計(jì)。即使在復(fù)雜的聲學(xué)環(huán)境中，也可以從整個(gè)房間準(zhǔn)確捕獲命令，以供基于云的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行處理。

語(yǔ)音識(shí)別和會(huì)話(huà)平臺(tái)有望成為十大戰(zhàn)略技術(shù)趨勢(shì)之一，語(yǔ)音搜索將占到所有搜索中的50％。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，這種轉(zhuǎn)變使人們能夠與周?chē)闹悄苓B接設(shè)備進(jìn)行交互。隨著人工智能和自然語(yǔ)言處理技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜，即使人們的語(yǔ)音命令中沒(méi)有明確的說(shuō)明，設(shè)備也將能夠理解用戶(hù)，然后預(yù)測(cè)其意圖。

10. 群體智能（Swarm Intelligence）

群體智能是指各種對(duì)象的集體行為，每個(gè)對(duì)象都執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的功能，并在這個(gè)過(guò)程中與其他對(duì)象進(jìn)行交互。基于這一原則設(shè)計(jì)的信息系統(tǒng)通過(guò)對(duì)其所有要素的自我組織操作，以分散的方式管理過(guò)程。群體智能類(lèi)系統(tǒng)的發(fā)展前景與無(wú)人駕駛汽車(chē)、分布式能源電網(wǎng)、搜救機(jī)器人的應(yīng)用有關(guān)。

11. 無(wú)人機(jī)（Warfare Drones）

目前無(wú)人機(jī)研究一直專(zhuān)注于提高信息收集能力，使無(wú)人機(jī)更加精確。無(wú)人機(jī)必須靠自己導(dǎo)航，因此人們特別關(guān)注它們的感知能力。從導(dǎo)航到武器部署，所有無(wú)人機(jī)都通過(guò)傳感器數(shù)據(jù)構(gòu)建內(nèi)部地圖來(lái)運(yùn)行，以允許其算法做出決策，在使用多波長(zhǎng)激光從遠(yuǎn)處分析物質(zhì)的傳感器領(lǐng)域取得了廣泛進(jìn)展。這些傳感器專(zhuān)為無(wú)人機(jī)而開(kāi)發(fā)，可以可靠地檢測(cè)爆炸物，提供關(guān)鍵任務(wù)數(shù)據(jù)。DARPA 開(kāi)發(fā)的原型無(wú)人機(jī)系統(tǒng)使用完全自主的無(wú)人機(jī)，可以在飛行中過(guò)渡到中等高度的機(jī)翼飛行，該系統(tǒng)具有比傳統(tǒng)直升機(jī)更大航程的監(jiān)視和打擊能力。

無(wú)人機(jī)易于部署，已經(jīng)成為一種新型武器。假設(shè)一支完全不受人控制的自治軍隊(duì)作戰(zhàn)，向全世界發(fā)出了沒(méi)有人能改變的加密命令，為了應(yīng)對(duì)這種威脅，反無(wú)人機(jī)技術(shù)已經(jīng)多樣化，比如名為猛禽的戰(zhàn)斗機(jī)F-22和干擾技術(shù)，也可能會(huì)出現(xiàn)防御性無(wú)人機(jī)，這種無(wú)人機(jī)用來(lái)狩獵其他無(wú)人機(jī)。

12. 人工智能（Artificial Intelligence）

卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一直是深度學(xué)習(xí)的支柱，在計(jì)算機(jī)視覺(jué)中，出現(xiàn)了一些設(shè)計(jì)創(chuàng)新（包括膠囊網(wǎng)絡(luò)和欺騙網(wǎng)絡(luò)），帶來(lái)了新的前景和新的挑戰(zhàn)。未來(lái)幾十年中，機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言處理和機(jī)器人技術(shù)方面的進(jìn)步和創(chuàng)新將重塑整個(gè)科學(xué)和經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域。人工智能軟件和硬件基礎(chǔ)設(shè)施的未來(lái)發(fā)展可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)監(jiān)督學(xué)習(xí)和一些初步形式的一般人工智能出現(xiàn)。這就需要超級(jí)智能系統(tǒng)，不僅在專(zhuān)業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，而且在廣泛的領(lǐng)域和環(huán)境中能夠自我進(jìn)化和超越人類(lèi)。

13. 全息圖（Holograms）

全息圖是以激光為光源，用全景照相機(jī)將被攝體記錄在高分辨率的全息膠片上構(gòu)成的圖，以干涉條紋形式存在。全息圖是一種三維圖像，它與傳統(tǒng)的照片有很大的區(qū)別。光學(xué)全息圖是物理學(xué)家丹尼斯?加博在1948年發(fā)明的。從技術(shù)上講，全息圖是波場(chǎng)的三維記錄，全息圖像可以根據(jù)觀(guān)看者的相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)三維感知和變化，就好像所顯示的物體是真實(shí)存在的一樣。聲全息技術(shù)起源于20世紀(jì)60年代，是光學(xué)全息技術(shù)的產(chǎn)物，它涉及到重建由于邊界處的聲音輻射而產(chǎn)生的聲場(chǎng)。

最近的研究重點(diǎn)包括3D全息顯示器、聲學(xué)全息、可觸摸全息圖以及全息顯微鏡和打印機(jī)。聲學(xué)全息圖是在3D打印的超材料矩陣的幫助下產(chǎn)生的，以復(fù)雜的方式扭曲單一來(lái)源的聲波，將其轉(zhuǎn)化為聲音全息圖，這種技術(shù)既省時(shí)又便宜。最近的進(jìn)展顯示，聲學(xué)全息圖可以顯著改善超聲成像和醫(yī)療選擇。未來(lái)的3D全息顯示器可以提高動(dòng)態(tài)影像逼真度，觀(guān)眾無(wú)需戴任何3D眼鏡或VR式頭枕，通過(guò)將柔性超薄薄膜嵌入到整個(gè)設(shè)備表面，智能手機(jī)和日常設(shè)備將能夠彈出3D全息圖，屏幕尺寸無(wú)關(guān)緊要。此外，若可觸摸全息圖能真正發(fā)揮作用，我們將看到全息界面與設(shè)備進(jìn)行交互的新方式，并在虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中添加全新的維度。

14. 類(lèi)人機(jī)器人（Humanoids）

類(lèi)人機(jī)器人是一種在外形和特征設(shè)計(jì)上與人類(lèi)相似的機(jī)器。由于類(lèi)人機(jī)器人被期望盡可能地與人類(lèi)相似，所以許多項(xiàng)目都專(zhuān)注于直接模仿。靈活性被視為一種特殊類(lèi)型的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，近年來(lái)取得了一些進(jìn)展，使機(jī)器人的四肢接近人類(lèi)。類(lèi)人機(jī)器人在機(jī)器需要完成與人類(lèi)相同的一般任務(wù)的情況下具有明顯的優(yōu)勢(shì)。DARPA組織了一場(chǎng)機(jī)器人大挑戰(zhàn)，以了解類(lèi)人機(jī)器人在災(zāi)難場(chǎng)景中的表現(xiàn)，測(cè)試包括開(kāi)門(mén)、操作水龍頭，甚至接聽(tīng)電話(huà)等。

類(lèi)人機(jī)器人是一個(gè)長(zhǎng)期方向與短期方向截然不同的研究領(lǐng)域。目前，類(lèi)人動(dòng)物的建造成本較高，而且部署繁瑣。但是，一旦類(lèi)人機(jī)器人達(dá)到一定的性能水平，大眾接受度就會(huì)發(fā)生根本性的變化。一個(gè)廉價(jià)、可靠、安全、低功耗的類(lèi)人機(jī)器人將會(huì)迅速成為標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)器人平臺(tái)，成為從軍事到娛樂(lè)甚至家庭內(nèi)部的各種應(yīng)用。

15. 神經(jīng)科學(xué)（Neuroscience）

神經(jīng)科學(xué)仍然局限于基礎(chǔ)研究，研究的最終目的是找出創(chuàng)造力和想象力是如何工作的。早期試圖找到一種來(lái)衡量、預(yù)測(cè)和系統(tǒng)地影響想象力的方法，想象力被視為創(chuàng)造性思維的基礎(chǔ)，是人類(lèi)進(jìn)步的核心。富有創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使人們不僅能夠進(jìn)行感知，而且能夠預(yù)測(cè)并系統(tǒng)地影響想象力。

想象研究所（賓夕法尼亞大學(xué)積極心理學(xué)中心的非營(yíng)利機(jī)構(gòu)）的神經(jīng)科學(xué)家和心理學(xué)家通過(guò)量化一個(gè)人的想象力，提供了一種替代傳統(tǒng)的以智商為導(dǎo)向的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試方法。更長(zhǎng)遠(yuǎn)的期望是，創(chuàng)造力的神經(jīng)科學(xué)將使我們不僅能夠測(cè)量，而且能夠預(yù)測(cè)和影響想象能力。

16. 精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)（Precision Farming）

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)依靠GPS、衛(wèi)星圖像、控制系統(tǒng)、傳感器、機(jī)器人、變速技術(shù)、遠(yuǎn)程信息技術(shù)、軟件等現(xiàn)有的最新信息和技術(shù)，在作物生長(zhǎng)周期中（土壤整備、播種和收割）改善作物。在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)中，通過(guò)傳感器和農(nóng)場(chǎng)管理軟件/硬件在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施上檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制。例如，農(nóng)民現(xiàn)在可以使用一個(gè)基于云的無(wú)人駕駛拖拉機(jī)平臺(tái)，該平臺(tái)與拖拉機(jī)自動(dòng)化套件整合，成為即插即用系統(tǒng)，可以自動(dòng)操控谷物手推車(chē)拖拉機(jī)，并在收獲季節(jié)為農(nóng)民提供幫助。該系統(tǒng)聯(lián)合收割機(jī)操作員在田間設(shè)置分段和卸載位置，調(diào)整速度，監(jiān)控位置，并命令谷物運(yùn)輸車(chē)與聯(lián)合收割機(jī)的速度和方向精確同步。

未來(lái)的農(nóng)場(chǎng)可能不再需要人力種莊稼，自主機(jī)器人已經(jīng)被用來(lái)執(zhí)行播種、撫育農(nóng)作物和收割之類(lèi)的任務(wù)。這些機(jī)器人不受人為錯(cuò)誤的影響，能夠適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)條件，從而最大限度地提高產(chǎn)量，大幅減少時(shí)間并提高效率。

17. 柔性機(jī)器人（Soft Robot）

柔性機(jī)器人是機(jī)器人的一個(gè)子領(lǐng)域，用模仿生物體的材料建造機(jī)器。柔性機(jī)器人在其他方面與生物相似，突出在運(yùn)動(dòng)和適應(yīng)環(huán)境變化的物理結(jié)構(gòu)的能力。機(jī)器人被稱(chēng)為“柔性”，與那些剛性材料制造的機(jī)器人相比更突出它們的靈活性和適應(yīng)性。已有研究小組開(kāi)發(fā)出了一種柔軟的機(jī)器人，它的執(zhí)行器類(lèi)似肌肉，由硅橡膠制成，由氣壓驅(qū)動(dòng)。科學(xué)家們已開(kāi)發(fā)出一種自動(dòng)設(shè)計(jì)軟執(zhí)行器的方法，他們用硅橡膠材料來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)柔軟的機(jī)器人，在單一壓力源的驅(qū)動(dòng)下，可以像食指一樣彎曲，像拇指一樣扭動(dòng)。

長(zhǎng)期來(lái)看，在醫(yī)療和個(gè)人機(jī)器人技術(shù)中，柔性機(jī)器人將實(shí)現(xiàn)與人類(lèi)之間的安全且兼容的交互。在較小的規(guī)模上，微型柔性機(jī)器人有望在藥物輸送和手術(shù)等醫(yī)療應(yīng)用中提供幫助。對(duì)于野外勘探和救災(zāi)，柔性機(jī)器人可以在復(fù)雜地形中導(dǎo)航并穿透狹窄空間。柔性機(jī)器人將進(jìn)一步幫助食品處理和農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高度自動(dòng)化，降低成本。

18. 非接觸手勢(shì)識(shí)別（Touchless Gesture Recognition）

非接觸式手勢(shì)識(shí)別構(gòu)成了一個(gè)自然用戶(hù)界面，極大地改變了人類(lèi)與日常技術(shù)互動(dòng)的方式。從手勢(shì)的識(shí)別和解析中可以收集到大量速度、動(dòng)作、情緒反應(yīng)方面的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可轉(zhuǎn)化為對(duì)使用者的精準(zhǔn)理解。

超聲波手勢(shì)感知的基本原理類(lèi)似于蝙蝠和海豚使用的回聲定位系統(tǒng)。聲納系統(tǒng)發(fā)出超聲波，這是一種無(wú)法聽(tīng)到的信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)用戶(hù)的手、頭或身體反射，隨后被麥克風(fēng)捕獲，并由時(shí)間-燈光算法編譯。最新的超聲波技術(shù)采用聲學(xué)微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)，例如現(xiàn)有智能手機(jī)中的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，或包含壓電換能器的特殊用途超聲收發(fā)器。

非接觸式手勢(shì)識(shí)別構(gòu)成了一個(gè)自然用戶(hù)界面(NUI)，改變了我們與日常技術(shù)的交互方式，它所需要的只是我們自然移動(dòng)和懸停的手和手指向附近的設(shè)備發(fā)出命令，如電話(huà)、計(jì)算機(jī)、可穿戴設(shè)備、游戲和VR控制臺(tái)、娛樂(lè)系統(tǒng)、機(jī)器人和家用電器。非接觸界面也可以增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)設(shè)備，如醫(yī)療或軍事設(shè)備。它還將徹底改變依賴(lài)深度消費(fèi)者參與的領(lǐng)域，如媒體、通信、零售、娛樂(lè)。

19. 飛行汽車(chē)（Flying Car）

隨著汽車(chē)擁有量的增多，交通擁堵成為世界難題。因此，研發(fā)一輛小型、安全、低沖擊的個(gè)人飛行汽車(chē)一直是人們的夢(mèng)想。如今，傳感器、電力存儲(chǔ)、電機(jī)和人工智能的迅速發(fā)展使飛行車(chē)接近現(xiàn)實(shí)。因此，智慧城市正在準(zhǔn)備部署個(gè)人自動(dòng)駕駛交通工具，希望能解決交通問(wèn)題。

由于目前大多數(shù)運(yùn)輸方式都集中在短程和中程運(yùn)輸，因此城市將成為飛行汽車(chē)類(lèi)產(chǎn)品的主要目標(biāo)。如果飛行汽車(chē)可以成功使用，那么它們將開(kāi)始影響城市基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展。長(zhǎng)遠(yuǎn)看，整個(gè)城市可能會(huì)基于飛行車(chē)普遍使用的場(chǎng)景進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整。

二、人機(jī)交互和仿生（Human - Machine Interaction & Biomimetics）

20. 神經(jīng)形態(tài)芯片（Neuromorphic Chip）

神經(jīng)形態(tài)技術(shù)將是高性能計(jì)算的下一個(gè)發(fā)展階段，它能夠大幅提升數(shù)據(jù)處理能力和機(jī)器學(xué)習(xí)能力。神經(jīng)形態(tài)芯片是將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理蝕刻到硅中，其能效可達(dá)傳統(tǒng)中央處理器的數(shù)百倍。神經(jīng)形態(tài)芯片非常節(jié)能，適用于移動(dòng)設(shè)備、車(chē)輛和工業(yè)設(shè)備。

2018年英特爾宣布了一種神經(jīng)形態(tài)芯片，應(yīng)用該芯片的設(shè)備可以識(shí)別網(wǎng)絡(luò)攝像頭捕捉到的圖片中的物體，這為該領(lǐng)域整合了許多新特征，如層次連接、樹(shù)突狀隔間、突觸延遲，以及最重要的可編程突觸學(xué)習(xí)規(guī)則。

神經(jīng)形態(tài)芯片的發(fā)展可以促進(jìn)人工智能系統(tǒng)的發(fā)展，這些系統(tǒng)具有特定的用途，如物體識(shí)別、語(yǔ)音和手勢(shì)識(shí)別、情感分析、健康分析和機(jī)器人運(yùn)動(dòng)。通過(guò)合理的功耗控制，它們可以成為從玩具到仿人機(jī)器人等多樣化交互設(shè)備的關(guān)鍵組件。

21. 仿生學(xué)（醫(yī)學(xué)）（Bionics）

“仿生學(xué)”通常用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，用來(lái)描述用機(jī)械代替或增強(qiáng)各種身體部位。人造、仿生器官和四肢不同于普通假肢，它們的設(shè)計(jì)盡可能接近被替換身體部分的原始功能。

目前該技術(shù)在外骨骼、上肢、內(nèi)部器官均有運(yùn)用，主要設(shè)計(jì)用于幫助受傷患者。如仿生外骨骼可以增強(qiáng)人類(lèi)的自然運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，讓使用者跑得更容易/更快。

未來(lái)仿生學(xué)的目標(biāo)是“將有機(jī)體與機(jī)器融合”。這種方法將產(chǎn)生生物和機(jī)械部件融合為“機(jī)器人”的混合系統(tǒng)。仿生器官將增強(qiáng)生物功能，使人們更快地奔跑、看得更遠(yuǎn)、聽(tīng)力更好、壽命更長(zhǎng)，甚至可以更好地思考。

22. 腦功能映射（Brain Functional Mapping）

大腦不僅擁有數(shù)量驚人的神經(jīng)元和連接，而且它是非同質(zhì)的，估計(jì)有500個(gè)不同的部分，通過(guò)非常密集的網(wǎng)絡(luò)連接在一起。腦功能映射技術(shù)正在迅速發(fā)展，為治療神經(jīng)疾病、理解認(rèn)知和在人工環(huán)境中復(fù)制認(rèn)知奠定了基礎(chǔ)。

神經(jīng)元之間的通訊是基于神經(jīng)元間的電活動(dòng)。目前為了更好地繪制這些通信路徑，科學(xué)家們正在開(kāi)發(fā)可記錄的電極，可以在各種條件下記錄這種電活動(dòng)，用計(jì)算機(jī)來(lái)解讀收集到的信息。

長(zhǎng)遠(yuǎn)看，深入了解大腦在生理和病理情況下的功能將為確定疾病原因、治療干預(yù)和預(yù)防策略提供重要信息。此外，大腦解碼的進(jìn)步有力地支持了腦機(jī)接口和大腦仿真技術(shù)的發(fā)展。

23. 腦機(jī)接口（Brain Machine Interface）

腦機(jī)接口是大腦與外部設(shè)備之間的直接通信途徑，它既可以從大腦中收集信息，又可以將信息輸入大腦，使其能夠與環(huán)境互動(dòng)。增強(qiáng)和更復(fù)雜的是“雙向”腦機(jī)接口，它記錄大腦活動(dòng)并將刺激傳遞到神經(jīng)系統(tǒng)。腦機(jī)接口領(lǐng)域的研究目標(biāo)之一是通過(guò)人機(jī)共生來(lái)提高執(zhí)行復(fù)雜任務(wù)（例如駕駛戰(zhàn)斗機(jī)）的效率。腦信號(hào)刺激的研究進(jìn)展可能會(huì)開(kāi)啟腦與腦交流的新時(shí)代。中期來(lái)看，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜思想的交換尚無(wú)可能，但腦與腦的交流可以使人們不斷地分享情感、情緒和思想狀態(tài)。

24. 情緒識(shí)別（Emotion Recognition）

情緒識(shí)別（Emotion Recognition）一直以來(lái)都是通過(guò)對(duì)人臉圖像（或視頻）應(yīng)用先進(jìn)的圖像處理算法來(lái)檢測(cè)情緒。情緒識(shí)別的主要方向仍然是“閱讀”面部表情。有研究人員開(kāi)發(fā)出一種運(yùn)用AI算法的芯片，能通過(guò)實(shí)時(shí)分析人臉圖像識(shí)別八種情緒。情感分析也是繼面部表情之后的一種新的技術(shù)突破，將機(jī)器人學(xué)習(xí)算法應(yīng)用于書(shū)面文本可以檢測(cè)我們表達(dá)的積極或消極態(tài)度等。目前，智能手機(jī)可以告訴你你的感受，并提供相應(yīng)的內(nèi)容、通信或應(yīng)用程序建議。智能設(shè)備是我們當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)，但“共情設(shè)備”可能是未來(lái)。

情緒識(shí)別可以完全改變營(yíng)銷(xiāo)人員設(shè)計(jì)廣告的方式，無(wú)需依靠個(gè)人的直覺(jué)或主觀(guān)想法，針對(duì)不同的目標(biāo)群體對(duì)每個(gè)想法進(jìn)行科學(xué)而嚴(yán)格的測(cè)試。情緒識(shí)別通過(guò)捕獲微表情并檢測(cè)出細(xì)微的情緒變化有益于執(zhí)法部門(mén)執(zhí)法。在醫(yī)療保健中，它可以用于幫助監(jiān)視和診斷情緒障礙疾病患者。

25. 智能紋身（Smart Tattoos）

智能紋身也被稱(chēng)為紙皮膚、電子皮膚或電子紋身，它由可穿戴的表皮皮膚電極組成，能夠?qū)崟r(shí)感知各種環(huán)境刺激（壓力、觸摸或接近)和生理數(shù)據(jù)(心率、呼吸、血液酒精和氧氣含量、肌肉活動(dòng)、情緒）。它代表了一個(gè)一體化的感應(yīng)平臺(tái)，將為無(wú)法獲得醫(yī)療服務(wù)地區(qū)的患者提供交互式遠(yuǎn)程醫(yī)療和治療系統(tǒng)的支持。未來(lái)，柔性有機(jī)光學(xué)傳感器可以直接層壓在器官上，以監(jiān)測(cè)手術(shù)期間和手術(shù)后的血氧水平。智能紋身還將幫助中風(fēng)或腦損傷康復(fù)的患者改善肌肉控制或截肢者移動(dòng)假肢。

26. 人工突觸/大腦（Artificial Synapse/Brain）

法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心研究人員設(shè)計(jì)了一種所謂的“記憶電阻器”，一種直接在計(jì)算機(jī)芯片上實(shí)現(xiàn)的人工突觸（Artificial Synapse）。這種突觸能夠自主學(xué)習(xí)，還能夠?qū)υ撈骷M(jìn)行建模，這對(duì)于開(kāi)發(fā)更復(fù)雜的電路至關(guān)重要。未來(lái)，這些技術(shù)將成為設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)機(jī)器的一個(gè)重要組成部分。在模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的情況下尤其如此，要利用大腦的力量或模仿大腦的結(jié)構(gòu)還需要進(jìn)一步探索研究。模擬生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以提升效率，對(duì)于具有大量連接的超級(jí)計(jì)算機(jī)而言，將會(huì)獲得更強(qiáng)大的計(jì)算能力。

三、電子與計(jì)算機(jī)（Electronics & Computing）

27. 柔性電子（Flexible Electronics）

柔性電子是可彎曲或可伸縮的電子電路，晶體管、顯示器、電池、傳感器等組件具有這些特性。靈活性不僅可以實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的設(shè)計(jì)，而且還可以實(shí)現(xiàn)新的應(yīng)用，如可穿戴設(shè)備、電子紋身或基于電子電路直接3D打印的潛在低成本解決方案。核心技術(shù)是薄膜電子學(xué)，柔性電子器件被應(yīng)用于顯示器制造、傳感器、能量?jī)?chǔ)能/轉(zhuǎn)換、醫(yī)療保健、環(huán)境監(jiān)測(cè)、人機(jī)交互等領(lǐng)域。

研究人員已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種靈活的壓力傳感器，即使雙彎也能保持精確。醫(yī)療和生物工程應(yīng)用將受益于真正靈活/可伸展的傳感器，這將徹底改變大腦植入物。能讓我們的大腦和電腦之間實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的交流。

柔性電子是動(dòng)態(tài)的，有多種應(yīng)用場(chǎng)景。研究人員認(rèn)為該技術(shù)將帶給人們智能織物、可拉伸的屏幕、可彎曲的智能手機(jī)、可以拉伸到更大尺寸的超薄平板電腦、可佩戴在手腕上的健康傳感器，或者將壁紙墻變成巨大的屏幕。

28. 納米發(fā)光二極管（Nano - LEDs）

發(fā)光二極管(LED)是一種雙引線(xiàn)半導(dǎo)體光源器件，具有將電轉(zhuǎn)換為光的能力，與傳統(tǒng)的鎢絲燈泡相比，LED燈的主要特點(diǎn)是不產(chǎn)生熱量。此外，LED只需要普通燈泡點(diǎn)亮所需能量的一小部分，而不含有毒金屬(例如汞，用于熒光燈燈泡)。

LED顯示器通過(guò)液晶顯示器作為像素來(lái)顯示圖像。基于納米棒的多功能LED既能發(fā)光又能探測(cè)光，且比標(biāo)準(zhǔn)LED的刷新速度快三倍。以納米棒為基礎(chǔ)的發(fā)光二極管可以對(duì)激光筆做出反應(yīng)。

納米半導(dǎo)體在生物學(xué)、計(jì)算機(jī)、醫(yī)學(xué)以及照明等領(lǐng)域應(yīng)用。納米LED使用少量的能量可以產(chǎn)生更寬的光波長(zhǎng)范圍，為顯示器提供更溫暖、更鮮艷的色彩。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，既能發(fā)光又能檢測(cè)光的新型LED陣列可以幫助用戶(hù)通過(guò)非接觸式手勢(shì)控制智能設(shè)備，并使用環(huán)境光為這些設(shè)備充電。

29. 碳納米管（Carbon Nanotubes）

碳納米管是一種直徑為納米級(jí)的碳基管狀材料。這些管狀碳分子的特殊性使其在納米技術(shù)、電子、光學(xué)和其他材料科學(xué)中具有價(jià)值。

硅一直是這些領(lǐng)域的首選材料，但它的主導(dǎo)地位在未來(lái)可能會(huì)受到新化合物的挑戰(zhàn)，許多研究人員已經(jīng)將這種希望寄托在碳納米管上。除了用于筆記本電腦和智能手機(jī)更快、更高效的芯片外，纖巧但功能強(qiáng)大的處理器還可以支持新型技術(shù)，比如可彎曲的電腦和可注射的微芯片，或者可以針對(duì)人體癌癥的納米機(jī)器等。

30. 計(jì)算內(nèi)存（Computing Memory）

“內(nèi)存計(jì)算（Memory Computing）”或“計(jì)算內(nèi)存（Computing Memory）”是一個(gè)新的概念，它利用存儲(chǔ)設(shè)備的物理特性來(lái)存儲(chǔ)和處理信息。這與當(dāng)前馮諾依曼系統(tǒng)和設(shè)備中發(fā)生的情況不同，例如標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦甚至手機(jī)，它們?cè)趦?nèi)存和計(jì)算單元之間來(lái)回穿梭數(shù)據(jù)，從而使它們變得更慢，能效更低。

目前IBM的科學(xué)家演示了“一種無(wú)監(jiān)督的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，它運(yùn)行在一百萬(wàn)個(gè)相變存儲(chǔ)器(PCM)設(shè)備上，成功地在未知數(shù)據(jù)流中發(fā)現(xiàn)了時(shí)間相關(guān)性。與最先進(jìn)的經(jīng)典計(jì)算機(jī)相比，這種技術(shù)有望在速度和能源效率方面提高200倍。

內(nèi)存驅(qū)動(dòng)計(jì)算是無(wú)限靈活且可擴(kuò)展的架構(gòu)，可以比傳統(tǒng)系統(tǒng)消耗更少的能量來(lái)更快地完成計(jì)算任務(wù)。隨著數(shù)據(jù)量的飛速增長(zhǎng)，其重要性不斷提高，將為大型可組合基礎(chǔ)架構(gòu)的數(shù)據(jù)處理提供解決方案。

31. 石墨烯晶體管（Graphene Transistors）

石墨烯被稱(chēng)為新的納米材料，導(dǎo)電性能好、化學(xué)性能穩(wěn)定，是世界上最堅(jiān)固的材料。它由碳原子組成，這些碳原子被密集地堆積在二維六邊形的圖案中。基于石墨烯晶體管的電路可以解決硅晶體管的處理速度限制。它們將使用微處理器的時(shí)鐘速度提高了數(shù)千倍，同時(shí)需要的功率是硅基計(jì)算機(jī)的百分之一。