美国发布20项重大科技趋势，将在未来30年改变世界！

来源 |DeepTech深科技（ID：mit-tr）

本报告是美国陆军发布的《2016-2045年新兴科技趋势报告》，长达35页。它是在过去几年政府机构、咨询机构、智库、科研机构发布的32份科技趋势相关研究调查报告的基础上完善的。

通过对近700项科技趋势的综合比较分析，最终明确了20项最值得关注的科技发展趋势。

该报告的发布是为了帮助美国陆军和相关部门掌握未来30年可能影响国家力量的核心技术，二是指出国家和社会资本的技术投资方向，以确保美国和美国军队在未来世界的战略优势。

从目前的角度来看，这份报告给出的趋势预测非常准确！

01

机器人和自动化系统

在2045年的地球上，机器人和自动化系统将无处不在。自动驾驶汽车将使交通更加安全和高效，并可能给共享经济带来新的动力。机器人将负责日常生活中的许多任务，如照顾老年人和购物，以及工业责任，如收获作物、维护公共设施等。

随着机器人机动性、灵敏度和智力的提高，它们将成为强大的士兵，帮助甚至取代战场上的人类士兵。人工智能软件将用于商业，例如数百个TB从数据中提取有意义的信息，使商业服务自动化，取代传统意义上的客户服务和教师 以人为本的职业。

然而，机器人和自动化也带来了许多危机。数百万被机器取代的下岗工人将对社会产生巨大影响，导致经济和社会不稳定。自动化网络系统将成为敌对势力相互攻击的主要突破。在冲突中使用机器人和自动化系统可能会造成巨大的伦理和文化挑战。

代表性技术：

推荐阅读:交互设计:超越人机交互(原书5版)

推荐语：互动设计行业的三位顶尖学者共同撰写了这一领域的经典作品，并被世界各地的大学选为教科书。新版本继承了本书一贯的跨学科特征，并与《纽约时报》增加了一章，讨论大规模数据，并补充了新的发展成果。

02

增材制造

增材制造（3D印刷)已被用作制造限量设计原型30多年。然而，在过去的十年里，3D印刷技术取得了惊人的发展。现在，随着3D随着大量开源工具和付费模型的出现，打印机价格的下降，世界上出现了一个巨大的制造商群体，一直在突破这项技术的极限。

在2040年，3D印刷技术将改变世界。新一代3D打印机可以集成各种材料、电子元件、电池等原件。人们将使用3D印刷技术制造工具、电子产品、备件、医疗设备等产品，并根据个人需要实现真正的私人定制。

由于装备和供应可以在当地直接打印，军队的后勤将变得更加简单。物体将成为信息，而网络盗版将取代实际盗窃。恐怖分子和犯罪集团将使用难以追查的原材料打印武器、探测器等装备，给社会稳定带来巨大隐患。

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03

数据分析

2015年，人类共创造了4年.4ZB（44亿TB）这些数据每两年翻一番。这些数据隐藏了各种关于消费习惯、公共卫生、全球气候变化等经济、社会和政治的深刻信息。不幸的是，尽管大数据已成为热点，但每年只有不到10%的数据将被分析。

在接下来的30年里，我们处理大量动态数据的能力将逐渐提高。自动人工智能软件将能够分散的数据中识别和提取相关信息。这种数据分析能力将从商业应用传播到普通人。

人们将有能力在生活中使用大数据，并迫使政府和各种机构对他们的政策负责。这很可能会导致数据限制之间的冲突。超个性化营销、政府对人民数据的监控和主要数据被盗案件的曝光将引起数据所有权的讨论。敌对势力可以利用被盗、从黑暗网络中购买甚至开源的数据来相互攻击。

推荐阅读：元分析：数据分析的共识方法和系统模式

推荐理由：本书不仅讨论了元分析方法，还解释了传统的分析方法和分析系统，特别是提供了一系列基于机器学习的任何数据分析任务的详细模式和方法。书中的主要内容包括元分析的背景知识、真实值获取和真实值估计、实验设计和设计模式、分析系统及其优化，以及元分析在不同领域的应用。这本书提出了打破传统训练、验证和测试模式的新模式，并引入了射幸技术和专家系统技术的概念。对所有对数据科学感兴趣的读者来说，这本书不仅是初学者必备的入门指南，也有助于有一定经验的技术人员拓展工具库。

04

人类增强

在接下来的30年里，技术将带领人类突破人类潜力甚至生物的极限。物联网连接的可穿戴设备将直接将与实时相关的信息输入我们的感官。与大脑相连的外骨骼和假肢会使我们更强壮，恢复老弱病残的移动。

带探测器和嵌入式计算机的隐形眼镜或永久植入体内的设备将给我们带来听力、自然夜视、嵌入虚拟和增强现实系统的能力。益智药物将扩大我们的思维能力，改变我们的工作和学习方式。

当然，人类增强技术也会带来新的挑战。那些负担不起升级身体价格的人可能会发现他们在增强经济方面没有竞争力。增强技术的互联网将使我们的身体甚至大脑成为黑客的目标。士兵的增强很可能会导致一场新的增强技术和军备竞赛。

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05

智能手机和云计算

智能手机和云计算正在改变人类与数据相处的方式。例如，在目前的美国，大约有30%的网页浏览和40%的社交媒体通过手机浏览。其中一个原因是智能手机具有各种探测器，可以测量天气、位置、光度、声音和生物特征。

随着手机越来越强大，功能越来越全面，移动网络的扩展也将加快。2030年，全球75%的人将拥有移动网络连接，60%的人将拥有高速有线网络连接。

移动终端的发展和移动网络的传播也将进一步促进云计算的进展。云计算可以在零投资的情况下为用户带来大量的计算能力。未来30年，基于云的移动计算将改变从医疗到教育的各行各业。

比如人们可以通过手机来进行体检并与云端的诊断软件直接沟通，人们也可以手机上使用教育软件来学习新的技能，农民们甚至可以通过手机连接到实时气象数据，通过云端软件计算最优化的收割时间。

但是，这一切都需要极高的网络安全性、可靠性、以及流量。商业用户以及个人用户也都需要习惯把数据上传到云端中。

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06

医学

在未来的30年里，各种科学技术上的突破将改变医学。通过基因组学，我们将会得到真正的私人药物。在未来，癌症，心肺疾病，阿兹海默症，以及其他目前看似无救的疾病将会由针对患者个人基因的药物来治疗。

人类将可以通过DNA培养出来移植所需的器官，从而灭绝等待配型以及排斥反应等很可能致命的情况。生物假肢将会被直接连接到神经系统上，从而提供与真实触感极其相似的感官。

机器急救人员以及例如控制性降温的肢体存活技术将会大幅度延长救援的“黄金时间”。科学家们将找到衰老的原因，从而增加人类的寿命，涌现出一大群非常健康并有活力的“老人”。

另一方面，发达的医疗设施的价格将会给各国的医疗系统带来更大的压力。穷人与富人之间的救命资源也会出现极大地不均。而且随着人类寿命的增加，年轻人与老人之间对于工作以及资源的竞争则会加剧。抗药性极高的超级细菌也会给世界各地的人们带来极大的危险。

07

网络安全

网络安全不是一个崭新的话题。事实上，早在1991年就有人提出了“网络上的珍珠港”这一警告。但是在未来的30年里，随着物流网的发展以及日常生活中越来越多的连接，网络安全将会成为网络行业首要的话题。

目前，虽然世界上的网络攻击越来越多，但是它们大多数的目标都只是个人或者企业。而且这些攻击所造成的损失虽然很大，但是这些损失并不会扩散。而未来的世界将不会是如此的简单。

随着汽车、家电、电厂、路灯，以及数百万个其他的事物相互连接，网络攻击的后果也会越来越严重。国家、企业、以及个人的数据将会面临越来越隐蔽的攻击。有些甚至在数年后才会被发现。目前，人们可以想象出来最坏的情况就是“网络世界末日”– 在越发越疯狂越频繁的攻击下，整个世纪的互联网以及其中所包含的经济社会功能的崩溃。

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08

能源

在未来的30年里，全球能源需求预计会增长35%，我们则正在面临着一场能源革命。新的采油技术，比如水力压裂以及定向钻为人类添加了大量可开发的油田和气田。而这直接颠覆了世界石油市场，使美国从世界上最大的石油进口国变成了最大的石油生产国。

与此同时，可再生能源，比如太阳能和风能的价格也开始接近与石油。就拿太阳能来说，在过去的10年里，太阳能发电的价格从每瓦8美元降低至这个数字的十分之一。在此之外，还有核能这个抱有争议但从未停止开发的能源。新一代的核反应堆设计宣称远比之前的更安全，也会产生更少的核废料。

不过，虽然使用清洁能源可以帮助我们减缓全球气候变化，但是围绕着用于生产电池，光伏，以及其他元件的稀有资源的新的纠纷与摩擦也会出现。石油经济的消退也会在中东和北非引起经济和社会的严重不稳，进一步加深当地的武装冲突。

09

智能城市

在2045年，全世界65%-70%的人口将会居住在城市里。随着城市人口的增加，全球人口超过1千万的超级都市将会从2016年的28座增加至2030年的41座。大量的人口向城市流动将会给这些城市的基础建设，比如城际交通，食物和水源，电力能源，污水处理，以及公共安全系统等带来极大的压力。

未来的智能城市将利用信息和通讯技术（ICT），通过大数据以及自动化来提高城市的效率和可持续性。

比如使用分散探测系统将实时监视城市用水用电数据，通过智能电网自动调整配电设置；通过联网的交通信号系统以及自动驾驶系统来减缓车辆堵塞的程度；利用由新材料和新设计技巧所建的智能建筑来提高空调和照明系统的效率，减少能源浪费；使用屋顶太阳能板、小型风力发电机、地热发电，以及其他可再生资源提供干净的电力。

但是，在另一方面，没钱或者缺乏政治信念去投资这些科技的城市将会变得极其拥挤和肮脏，成为暴动和冲突的爆发点。

10

物联网

在2045年，最保守的预测也认为将会有超过1千亿的设备连接在互联网上。这些设备包括了移动设备、可穿戴设备、家用电器、医疗设备、工业探测器、监控摄像头、汽车，以及服装等。它们所创造并分享的数据将会给我们的工作和生活带来一场新的信息革命。

人们将可以利用来自物联网的信息来加深对世界以及自己生活的了解，并且做出更加合适的决定。

在此同时，联网设备也将把目前许多工作，比如监视，管理，以及维修等需要人力的工作自动化。物联网、数据分析、以及人工智能这三大技术之间的合作将会在世界上创造出一个巨大的智能机器网络，在不需人力介入的情况下实现巨量的商业交易。

但是，虽然物联网会提高经济效率、公共安全，以及个人生活，它也会加重对于网络安全和个人隐私的担忧。恐怖分子，犯罪集团以及敌对势力将会利用物联网作为新的攻击手段。而物联网中所包含的大量数据也会诱惑政府去实施针对人民的监控，从而进一步的引发隐私和安全之间的对抗。

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本书由长期从事物联网领域研发的技术和商业专家撰写，多视角呈现了物联网的全貌。第2版涵盖技术领域的新进展、各标准和联盟的新发展以及应用领域的新案例，并新增一章专门讨论安全问题。

11

食物与淡水科技

在未来的30年里，淡水和食物的缺乏将会在世界上制造更多的冲突。大约全球25%的农地已经由于过度耕作，干旱，污染等原因造成了严重退化。

在未来的几十年里，最乐观的预测也指出主食谷物的价格将会提高30%。但那是最乐观的情况。如果全球气候变化、需求，以及资源管理的失败按照目前的趋势继续下去，价格提高100%也是可能的。

在2045年，全球超过40%的人口将会面临缺乏水源的问题。这一切问题的解决方式只有科技。

海水淡化、微型灌溉、污水回收、雨水收集等科技将会减缓人类对淡水水源的需求。基因改造农作物以及自动化将会允许农民使用更少的土地来出产更多的食物。食物和淡水将会成为新的科技热点，也会成为新的冲突爆发点。

12

量子计算

量子计算是通过叠加原理和量子纠缠等次原子粒子的特性来实现对数据的编码和操纵。

虽然在过去的几十年里，量子计算只存在于理论上，近些年的研究已经开始出现有意义的结果。在未来的5-15年里，我们很有可能制造出一款有实用意义的量子计算机。

量子计算机的出现将会给其他的研究方向，比如气候模拟、药物研究、以及材料科学带来巨大的进步。

不过，最令人期待的还是量子密码学。一台量子计算机将可以破解世上所有的加密方式，而量子加密也将真正无懈可击。如今，量子计算机的许多技术堡垒已经开始被逐一攻克，虽然我们也许在21世纪40年代才会看到真正实用的量子计算机，但来自政府和业界的大量投资意味着量子计算已经迈过了转折点。

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本书以轻松友好的阅读风格编写，通过大量的图表和卡通插图，帮助读者掌握图解推理的技巧来理解量子理论和特征。

13

社交网络

如今，大约有65%的美国人使用社交网络，而在2005年，这个数量只有7%。社交网络已经开始展现出改变人类行为的能力。但是在未来的30年里，社交科技将会给人们带来可以创造出各自微型文化圈的力量。

人们将会使用科技形成社会契约和基于网络社区的社交结构，从而颠覆许多传统的权力结构。比如政治舆论，由于目击者们可以直接在网络上揭露腐败和压迫而不用通过媒体的过滤，政府将会发现舆论越来越难被直接控制。或者企业责任，虽然企业可以通过社交网络直接接触到消费者，这些消费者也可以利用社交网络来突破营销的噪音，使企业对他们的产品和行为负责。

众筹和直播将会使内容创作进一步的民主化，从而模糊媒体人与观众之间的区别。而比特币以及其他加密货币也许会把货币和交易的控制从政府手中剥离，从此基于社会共识而不是政府的规定。

推荐阅读：《精通区块链编程：加密货币原理、方法和应用开发（原书第2版）》

推荐理由：数字货币领域世界著名布道师AndreasM.Antonopoulos撰写,币圈热门图书，区块链技术入门经典。从基础技术层面解读开放区块链编程技术在金融领域的应用原理、实践及趋势。

14

先进数码设备

由于计算机和各种数码设备在过去的60年里给人们生活带来的天翻地覆的改变，我们似乎已经忘了这些技术还比较新。个人电脑在1975年才出现在商店里，而当时的个人电脑有如今日的宜家，是作为一套零件卖给顾客的。用户需要自己把它组装起来，所有的程序也都需要自己编写。仅仅40年后，人们手中智能手机的计算能力就已经远超1969年把宇航员送上月球时的NASA了。在未来的30年里，这个趋势也将会继续下去。

人们将会拥有更多的计算能力以及更广的数码资源。移动网络和云计算将会给人们带来几乎无限的内存和计算能力。虚拟技术和基于软件的系统将会允许政府和企业在不需要昂贵的硬件升级的情况下迅速的调整升级IT系统。

从衣服到建材，数码产品将会更广泛的融入到日常生活中。在此同时，新科技将会改变我们与科技之间交流的方式。语音界面已经被广泛应用在智能手机中，而姿势界面则允许我们无声的与计算机通讯。最终，人脑-电脑界面将会允许我们用思想控制数码设备，使它们成为我们身体的一部分。

推荐阅读：《基于EEG的脑机接口：认知分析与控制应用》

推荐理由：脑机接口（BCI）技术在医疗康复、自动控制和情感识别等领域有着广阔的应用前景，为人们提供了一种与体外环境交互的新方式。在各类神经信号中，脑电（EEG）信号由于其易采集、低成本等优点，得到了广泛的研究和应用。

本书不仅涵盖BCI的技术原理，而且给出了一个采用眨眼诱发的EEG信号的完整实现示例。书中首先介绍EEG信号的获取方法以及基于眨眼的BCI框架，之后详细讲解从EEG信号中识别有意眨眼的方法，包括时域方法和频域方法。在此基础上开发脑控应用系统，将Emotiv脑电采集设备与MATLAB连接，实现EEG信号的获取与分析算法。其中，针对EEG信号分析，讨论了事件相关电位、脑地形图、EEG子频带功率、通道相干性等技术。

15

混合现实

虚拟现实和增强现实（VR和AR）技术已经在消费电子市场激发了极大的热情，各科技公司也迅速的开始进入这个市场。在2014年收购Oculus VR之后，Facebook将在今年推出他们首款VR眼镜。三星，索尼，宏达也计划在今年推出VR产品。资本的涌进代表了VR将会成为新一代的主流娱乐技术。当然，VR也有在娱乐之外的应用。美国第二大家居装饰用品公司Lowe’s（劳氏公司）正在开发名为Holoroom的一款3D增强现实科技。Lowe’s的客户将可以设计一个空间，然后使用Holoroom进入一个3D模型，体验他们设计的空间感觉如何。

虽然在历史上，市场对VR和AR曾有些过于膨胀的预期，如今的超高清显示，低价的姿势与位置探测器以及高清视频内容给混合现实科技打下了雄厚的基础。在未来的30年里，这些技术将成为主流科技。AR眼镜将把实时相关的信息给用户投放在现实中，而VR眼镜则可以通过融合视觉，听觉，嗅觉和触觉来实现深度沉浸的体验。

推荐阅读：《增强现实：原理与实践 》

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随着真实世界中计算机生成的信息越来越多，增强现实可以更加方便、高效地增强人类的感知能力。这个快速发展的领域要求学习者掌握多学科知识，包括计算机视觉、计算机图形学、人机交互等。本书将这些知识有机融合，形成了一套适合初学者掌握的知识体系，从技术、方法、应用的角度全面了解增强现实这一激动人心的领域。

16

对抗全球气候变化

根据目前的数据，在2050年，地球表面的温度将增加1.4至3摄氏度。就算我们采取了一些极端方式来减少温室气体的排放，气候的惯性也会引起温度的提高。而地表温度的提高则会带来一系列的恶果，比如海平面的提高给海岸城市所带来的危险，农作物产量的下降所引发的饥荒，干旱导致数百万人缺乏饮用水，以及洪水所造成的数十亿损失。

在未来的30年里，这些危机将会引导各方投资研究可以减缓气候变化所带来的影响的科技。在近期，这些科技将包括在地图上标出有洪水危险的系统，以及可以抵抗干旱的基因改造农作物。在更长远的时间里，也许会出现野心更大的科技，比如可以从大气中提取二氧化碳和甲烷等温室气体，并在把它们安全的储存在地下的科技。

但是，如果气候变化的趋势是增加3度这种最坏的情况，它给地球气候所造成的巨大影响将难以减缓。在这种情况下，极端的地理工程手段很有可能是避免极度恶劣气候的唯一方式。科学家们就曾提出在大气层中散布硫或者氧化铝来减少抵达地球表面的阳光。不过，这些手段还处于理论阶段，风险非常大。

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17

先进材料

在过去的10年里，材料科学的突破给我们带来了许多种先进的材料。从可以自我恢复和自我清理的智能材料，到可以恢复原本形状的记忆金属，到可以利用压力发电的压电陶瓷材料，到拥有惊人的结构和电力性能的纳米材料，这些都是材料科学家的成功。尤其是纳米材料，它有着广泛的应用价值。

在纳米尺度（少于100纳米），普通的材料比如碳，将会呈现出独特的性能。石墨烯，一种由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体，强度是钢的100倍，能够高效的传导热和电，并且几乎透明。

纳米材料有着无数种应用，比如作为引擎或其他机械表面的低摩擦力镀膜，作为高强度合成材料来建造汽车和飞机，轻便的防弹背心，以及高效的光伏材料。

在工业应用之外，制药企业也正在研究作为靶向分子的医疗纳米粒子用于治疗癌症。在未来的30年里，纳米材料以及新型材料，比如泡沫金属以及陶瓷复合材料将会被用在从衣服，到建材，到车辆，到公路以及桥梁中，无处不在。

18

新型武器

在未来的30年里，数种新型武器技术将出现在战场上。除了目前正在开发中的非致命武器以及能量武器之外，数个国家也正在开发可以阻绝军事行动能力的反介入和区域阻绝武器（A2AD）。A2AD技术包括反舰弹道导弹、精密制导反车辆反人员武器、反火箭炮、火炮和迫击炮系统（CRAM）、反卫星武器，以及电磁脉冲武器（EMP）。

有些技术，比如精密制导武器，属于基于现有科技的突破。中国就正在开发可以摧毁航空母舰的先进反舰弹道导弹。而有些技术则属于崭新的主意，比如2015年由美国防部高等研究计划部(DARPA)所开发的EXACTO自导子弹。随着中国，俄罗斯，美国以及其他国家斥巨资推进军队现代化，新一代的高科技军备竞争正在揭晓。

19

太空科技

太空行业正在进入一个从上个世纪60年代后就从未出现过的发展阶段。新的科技，比如机器人，先进的推进系统，轻便的材料，增加制造，以及元件小型化正在减少把人和物送入太空的价格，而这则会开启太空探险的新机会。

SpaceX，Arianespace，Blue Origin等太空行业的新人已经带来了例如可回收火箭等颠覆式创新。

在未来的30年里，科技的研发将会带领人类将重返月球。在此之外，更加伟大的探险，比如人类登录火星也是，以及新型基于太空的行业，比如在开采小行星中的矿物也都有可能出现。

虽然探索甚至殖民太空是现代人来长久的梦想，但是对太空设施的需求很有可能加大地球上的冲突。随着更多的国家开始依赖天基设备，对太空的控制将有可能成为一个全新的爆发点。天基武器不再是不可能，而反卫星也将成为未来战争的一部分。

20

合成生物科技

早在孟德尔发现遗传的基础规律，以及埃弗里-麦克劳德-麦卡蒂实验证明DNA是遗传物质之前，人类已经进行了几千年的通过选择性育种以及杂交来操纵植物和动物的遗传基因了。

随着我们对遗传学认知的加深，我们已经可以通过搭建新的DNA来实现无中生有，创造出新的生物。基因改造农作物则是此项科技的先锋。但是在此同时，我们正站在一场生物革命的突破口。当我们跨入生物科技的新时代时，生命将会成为信息，如同电脑程序的代码一样，可以被改写的信息。

科学家正在开发一种可以分泌生物柴油的海藻，这种海藻的DNA中则被编写了数千GB的数据。在未来的30年里，合成生物科技将制造出可以探测到毒素，从工业废料中制造生物柴油，以及通过共栖来给人类寄主提供药物的生物。但是，合成生物也会带来生物武器和难以控制的入侵物种等巨大的危险。

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推荐理由：第二次因果革命即将到来？因果推断会是下一个AI热潮吗？本书全面阐述了现代因果关系分析，展示了因果关系如何从一个模糊的概念发展成为一套数学理论，并广泛用于统计学、人工智能、经济学、哲学、认知科学、卫生科学和社会学等领域。本书第1版曾获2001年拉卡托斯奖，作者朱迪亚·珀尔是2011年图灵奖得主。本书的出版将有利于中国的广大学者、学生和各领域研究人员了解和掌握因果模型、推理和推断相关的内容，在相关领域做出优异的成果。

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