小海按：
創業進入深發展階段，及時瞭解掌握能夠對全球科技和經濟發展具有重大影響的技術突破顯得尤為重要，《面向未來的100項重大創新突破》為所有關心科學、技術和創新決策的人們提供戰略資源。
一、人工智慧和機器人
1. 增強現實
增強現實（AR）指將計算機生成的影象（甚至聲音）疊加在我們對現實世界的感知上。從技術角度來看，AR是一個巨大的挑戰，因為使用者可以利用它從多角度理解三維環境。實現AR的基礎是虛擬投影與現實世界的整合。AR的專業應用是互動式手冊，為操作機器的人提供現場指導。
2. 室內自動耕作
室內自動耕作在人工智慧系統的指導下，機器可以執行傳統的農業任務，如育苗、再植和收穫，也包括畜牧業。從長遠來看，農業可能會完全自動化，首先在缺乏人力資源和極端條件的地區實現，然後推廣至全球。這可能對食品文化、可持續性、社會結構以及就業等領域產生顛覆性影響。
3. 區塊鏈
區塊鏈是一種允許互不相識的人組織網路來儲存可信記錄的技術。區塊鏈可能會透過建設去中心化網路，為所有可能的交易提供一箇中立和公平的結果。企業將區塊鏈技術視為提高自身業務可追溯性的機會。區塊鏈技術可以儲存不可變記錄，沒有任何麻煩或感染的風險，網路上的任何人都可以隨時對其進行驗證，可以用來增加工作的透明度。
4. 聊天機器人
聊天機器人是一種透過書面文字或現場音訊與人進行實時對話的計算機程式。隨著聊天機器人在理解和響應使用者問題方面越來越好，它可能會不斷進化併成為主流。未來的聊天機器人可能會帶來豐富的會話使用者介面，使使用者可以自然地與計算機、智慧手機和機器人等進行互動。
5. 計算創造力
計算機能夠創造出原創性的藝術、創意和解決方案，它們看起來像在大型藝術博覽會上出現的作品一樣。製作這些作品的半自主人工智慧系統由設計師支援，但透過沒有先入為主的限制和使用較高的處理能力來確定新的途徑、新的解決方案和新的想法。
6. 無人駕駛
無人駕駛技術廣泛應用的主要障礙之一是感測器的相對成本和複雜性，因此需要花費大量的精力來尋找感知世界的新方法。從長遠來看，無人駕駛成為常態社會將發生正規化轉變，擁有私家車可能不再對很多人有吸引力，無論是陸運、空運還是海運，運輸都將成為一種商品。
7. 外骨骼
外骨骼是一種體外的人造結構，為了補償或增強自然的身體能力而設計。它被放置在人的身體上，作為一個增強放大器，增強或恢復人的機械效能。外骨骼最成熟的應用是醫學領域，它們將幫助患者從癱瘓、多發性硬化症、腦癱和其他使人衰弱的疾病中康復。
8. 高光譜成像
高光譜成像在安全、國防、環境監測和農業等領域有著廣泛的應用前景。傳統的數碼攝影只捕捉三種波長的光，從藍色到綠色再到紅色，高光譜成像可以在數百個波長上產生影象。這些影象可以用來確定在任何被成像的場景中發現的物質，有點像遠距離的光譜學。高光譜成像能夠提供比常規成像系統更詳細的資料，目前仍處於起步階段。
9. 語音識別
語音識別和會話平臺有望成為十大戰略技術趨勢之一，語音搜尋將佔到所有搜尋中的50％。從長遠看，這種轉變使人們能夠與周圍的智慧連線裝置進行互動。隨著人工智慧和自然語言處理技術變得越來越複雜，即使人們的語音命令中沒有明確的說明，裝置也將能夠理解使用者，然後預測其意圖。
10. 群體智慧
群體智慧是指各種物件的集體行為，每個物件都執行一些簡單的功能，並在這個過程中與其他物件進行互動。基於這一原則設計的資訊系統透過對其所有要素的自我組織操作，以分散的方式管理過程。群體智慧類系統的發展前景與無人駕駛汽車、分散式能源電網、搜救機器人的應用有關。
11. 無人機
目前無人機研究一直專注於提高資訊收集能力，使無人機更加精確。無人機必須靠自己導航，因此人們特別關注它們的感知能力。從導航到武器部署，所有無人機都透過感測器資料構建內部地圖來執行，以允許其演算法做出決策，在使用多波長鐳射從遠處分析物質的感測器領域取得了廣泛進展。這些感測器專為無人機而開發，可以可靠地檢測爆炸物，提供關鍵任務資料。
12. 人工智慧
未來幾十年中，機器學習、計算機視覺、自然語言處理和機器人技術方面的進步和創新將重塑整個科學和經濟學領域。人工智慧軟體和硬體基礎設施的未來發展可能會導致無監督學習和一些初步形式的一般人工智慧出現。這就需要超級智慧系統，不僅在專業應用領域，而且在廣泛的領域和環境中能夠自我進化和超越人類。
13. 全息圖
全息圖是以鐳射為光源，用全景照相機將被攝體記錄在高解析度的全息膠片上構成的圖，以干涉條紋形式存在。最近的研究重點包括3D全息顯示器、聲學全息、可觸控全息圖以及全息顯微鏡和印表機。聲學全息圖是在3D列印的超材料矩陣的幫助下產生的，以複雜的方式扭曲單一來源的聲波，將其轉化為聲音全息圖，這種技術既省時又便宜。最近的進展顯示，聲學全息圖可以顯著改善超聲成像和醫療選擇。
14. 類人機器人
類人機器人是一種在外形和特徵設計上與人類相似的機器。由於類人機器人被期望儘可能地與人類相似，所以許多專案都專注於直接模仿。靈活性被視為一種特殊型別的運動問題，近年來取得了一些進展，使機器人的四肢接近人類。類人機器人在機器需要完成與人類相同的一般任務的情況下具有明顯的優勢。
15. 神經科學
神經科學仍然侷限於基礎研究，研究的最終目的是找出創造力和想象力是如何工作的。早期試圖找到一種來衡量、預測和系統地影響想象力的方法，想象力被視為創造性思維的基礎，是人類進步的核心。富有創造力的神經科學將使人們不僅能夠進行感知，而且能夠預測並系統地影響想象力。長遠的期望是，創造力的神經科學將使我們不僅能夠測量，而且能夠預測和影響想象能力。
16. 精準農業
精準農業依靠GPS、衛星影象、控制系統、感測器、機器人、變速技術、遠端資訊科技、軟體等現有的最新資訊和技術，在作物生長週期中（土壤整備、播種和收割）改善作物。在精準農業中，透過感測器和農場管理軟體/硬體在現有網路/網際網路基礎設施上檢測和遠端控制。未來的農場可能不再需要人力種莊稼，自主機器人已經被用來執行播種、撫育農作物和收割之類的任務。
17. 柔性機器人
柔性機器人是機器人的一個子領域，用模仿生物體的材料建造機器。柔性機器人在其他方面與生物相似，突出在運動和適應環境變化的物理結構的能力。長期來看，在醫療和個人機器人技術中，柔性機器人將實現與人類之間的安全且相容的互動。在較小的規模上，微型柔性機器人有望在藥物輸送和手術等醫療應用中提供幫助。對於野外勘探和救災，柔性機器人可以在複雜地形中導航並穿透狹窄空間。柔性機器人將進一步幫助食品處理和農業等領域實現高度自動化，降低成本。
18. 非接觸手勢識別
非接觸式手勢識別構成了一個自然使用者介面，極大地改變了人類與日常技術互動的方式。從手勢的識別和解析中可以收集到大量速度、動作、情緒反應方面的資料，這些資料可轉化為對使用者的精準理解。非接觸介面也可以增強專業裝置，如醫療或軍事裝置。它還將徹底改變依賴深度消費者參與的領域，如媒體、通訊、零售、娛樂。
19. 飛行汽車
如今，感測器、電力儲存、電機和人工智慧的迅速發展使飛行車接近現實。因此，智慧城市正在準備部署個人自動駕駛交通工具，希望能解決交通問題。如果飛行汽車可以成功使用，那麼它們將開始影響城市基礎設施的發展。長遠看，整個城市可能會基於飛行車普遍使用的場景進行規劃調整。
二、人機互動和仿生
20. 神經形態晶片
神經形態晶片非常節能，適用於移動裝置、車輛和工業裝置。神經形態晶片的發展可以促進人工智慧系統的發展，這些系統具有特定的用途，如物體識別、語音和手勢識別、情感分析、健康分析和機器人運動。透過合理的功耗控制，它們可以成為從玩具到仿人機器人等多樣化互動裝置的關鍵元件。
21. 仿生學（醫學）
目前該技術在外骨骼、上肢、內部器官均有運用，主要設計用於幫助受傷患者。如仿生外骨骼可以增強人類的自然運動系統，讓使用者跑得更容易/更快。未來仿生學的目標是“將有機體與機器融合”。這種方法將產生生物和機械部件融合為“機器人”的混合系統。仿生器官將增強生物功能，使人們更快地奔跑、看得更遠、聽力更好、壽命更長，甚至可以更好地思考。
22. 腦功能對映
腦功能對映技術正在迅速發展，為治療神經疾病、理解認知和在人工環境中複製認知奠定了基礎。長遠看，深入瞭解大腦在生理和病理情況下的功能將為確定疾病原因、治療干預和預防策略提供重要資訊。此外，大腦解碼的進步有力地支援了腦機介面和大腦模擬技術的發展。
23. 腦機介面
腦機介面是大腦與外部裝置之間的直接通訊途徑，它既可以從大腦中收集資訊，又可以將資訊輸入大腦，使其能夠與環境互動。增強和更復雜的是“雙向”腦機介面，它記錄大腦活動並將刺激傳遞到神經系統。腦機介面領域的研究目標之一是透過人機共生來提高執行復雜任務（例如駕駛戰鬥機）的效率。腦訊號刺激的研究進展可能會開啟腦與腦交流的新時代。
24. 情緒識別
情緒識別的主要方向仍然是“閱讀”面部表情。有研究人員開發出一種運用AI演算法的晶片，能透過實時分析人臉影象識別八種情緒。情感分析也是繼面部表情之後的一種新的技術突破，將機器人學習演算法應用於書面文字可以檢測我們表達的積極或消極態度等。智慧裝置是我們當前的現實，但“共情裝置”可能是未來。
25. 智慧紋身
智慧紋身也被稱為紙面板、電子面板或電子紋身，它由可穿戴的表皮面板電極組成，能夠實時感知各種環境刺激（壓力、觸控或接近)和生理資料(心率、呼吸、血液酒精和氧氣含量、肌肉活動、情緒）。它代表了一個一體化的感應平臺，將為無法獲得醫療服務地區的患者提供互動式遠端醫療和治療系統的支援。未來，柔性有機光學感測器可以直接層壓在器官上，以監測手術期間和手術後的血氧水平。
26. 人工突觸/大腦
法國國家科學研究中心研究人員設計了一種所謂的“記憶電阻器”，一種直接在計算機晶片上實現的人工突觸。這種突觸能夠自主學習，還能夠對該器件進行建模，這對於開發更復雜的電路至關重要。未來，這些技術將成為設計計算機機器的一個重要組成部分。在模擬生物神經網路的情況下尤其如此，要利用大腦的力量或模仿大腦的結構還需要進一步探索研究。模擬生物神經網路可以提升效率，對於具有大量連線的超級計算機而言，將會獲得更強大的計算能力。
三、電子與計算機
27. 柔性電子
柔性電子是可彎曲或可伸縮的電子電路，電晶體、顯示器、電池、感測器等元件具有這些特性。靈活性不僅可以實現更復雜的設計，而且還可以實現新的應用，如可穿戴裝置、電子紋身或基於電子電路直接3D列印的潛在低成本解決方案。核心技術是薄膜電子學，柔性電子器件被應用於顯示器製造、感測器、能量儲能/轉換、醫療保健、環境監測、人機互動等領域。
28. 奈米發光二極體
LED顯示器透過液晶顯示器作為畫素來顯示影象。基於奈米棒的多功能LED既能發光又能探測光，且比標準LED的重新整理速度快三倍。奈米LED使用少量的能量可以產生更寬的光波長範圍，為顯示器提供更溫暖、更鮮豔的色彩。從長遠來看，既能發光又能檢測光的新型LED陣列可以幫助使用者透過非接觸式手勢控制智慧裝置，並使用環境光為這些裝置充電。
29. 碳奈米管
碳奈米管是一種直徑為奈米級的碳基管狀材料。這些管狀碳分子的特殊性使其在奈米技術、電子、光學和其他材料科學中具有價值。除了用於膝上型電腦和智慧手機更快、更高效的晶片外，纖巧但功能強大的處理器還可以支援新型技術，比如可彎曲的電腦和可注射的微晶片，或者可以針對人體癌症的奈米機器等。
30. 計算記憶體
這一個新的概念，它利用儲存裝置的物理特性來儲存和處理資訊。與最先進的經典計算機相比，這種技術有望在速度和能源效率方面提高200倍。記憶體驅動計算是無限靈活且可擴充套件的架構，可以比傳統系統消耗更少的能量來更快地完成計算任務。隨著資料量的飛速增長，其重要性不斷提高，將為大型可組合基礎架構的資料處理提供解決方案。
31. 石墨烯電晶體
石墨烯被稱為新的奈米材料，導電效能好、化學效能穩定，是世界上最堅固的材料。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。基於石墨烯電晶體的電路可以解決矽電晶體的處理速度限制。它們將使用微處理器的時鐘速度提高了數千倍，同時需要的功率是矽基計算機的百分之一。
32. 高精度時鐘
光學時鐘或原子鐘有望在時間測量和標準化方面提供更高的精度。這使其適用於多種應用場景，並且可節省大量能源。量子邏輯時鐘具有廣闊的前景，而新的原子鐘將需要突破更多的基礎研究。
33. 奈米線
奈米線的可重複性和可調節性以及表面特性為奈米醫學提供了一種新穎的方法，成為奈米電子學、光電子學以及分子尺度的化學和生物感測的重要基石。奈米線可以與微通道整合，提供從宏觀到奈米的路徑，使研究人員能夠檢測和分析目標分子，如DNA、RNA和蛋白質。奈米線的直徑非常小，可用於探針尖端。此外，基於奈米線可以製造出一種柔性奈米電子支架，該支架有望創造出可檢測化學和電學變化的感測面板。奈米線也可能對建築和汽車行業產生重大影響。
34. 光電子學
光電子學是光子學的一個分支，致力於把電子學和光結合起來傳輸資料。光電子學的進一步研究將為開發許多不同的光電子器件開闢道路。5D光資料儲存過程包括改變熔融石英的光學特性，使用超快（飛秒）鐳射寫入技術建立3D奈米級資訊記錄。預計目前主要用於高階軍事裝備的光量子晶片將在幾年內應用於資料中心。整合光量子研究的進展會革新光量子技術，同時保持與現有半導體晶片技術的相容性。
35. 量子計算機
量子計算機(QC)基於量子位元（稱為量子位元）工作，量子位元可以表示為0、1或由量子力學調節的這兩個態的任何量子疊加態。儘管有多家公司聲稱生產量子計算機和量子編譯器，但目前的技術沒有為量子計算機的製造提供成熟的解決方案，而第一個原型機只能在特定問題上操作。
36. 量子密碼學
量子金鑰分配位於量子密碼學的核心，它使用量子粒子（電子、光子）安全地建立雙方之間的共享金鑰。量子金鑰分配系統利用了量子力學中的一個基本原理：觀察量子粒子會自動改變其特性。因此，總是有可能檢測量子粒子是否已經被觀察到，表明安全漏洞。如果發生這種情況，金鑰將被丟棄，另一個金鑰將被髮送，直到雙方確定沒有其他人觀察到金鑰為止。 中國量子技術處於全球領先，目標在2030年建立全球量子網路。
37. 自旋電子學
自旋電子學是一個新的研究領域，研究電子自旋對導電的影響。電子自旋可用於電、光、聲音、震動和熱的能量之間的轉換。這種在不同能量形式之間切換的能力可以適用於各種各樣的裝置，自旋電子學的一個潛在應用是允許聲音向一個方向流動而不是相反方向流動的音訊裝置。
四、生物交叉學科
38. 生物降解的感測器
生物降解電子器件是一種壽命有限的電子元件，可透過水解或生化發生反應。這種裝置可作為醫療植入物，用於臨時體內感測、藥物輸送、組織工程、微流體等，透過生物或化學過程自然降解的材料通常用於食品和藥品包裝。可降解電子產品可以使裝置更智慧，例如溫度或化學監測。
39. 晶片實驗室
晶片實驗室將化學分析等實驗室功能整合在一個微小尺寸的裝置中。目前正在開發晶片實驗室系統分析患者血液樣本，以檢測可能導致膿毒症的微生物，並減少抗生素的不當使用。晶片實驗室技術有望透過更好、更快速的診斷改善醫療水平，特別是在醫療基礎設施落後的地區。同時，該技術可以使患者在監測自身健康方面發揮更積極的作用。
40. 分子識別
分子識別可以看作是對分子間相互作用的研究。從醫學角度來看，分子識別決定了一個化合物是否具有臨床性質。基於分子識別的生物感測應用的奈米材料對臨床條件特別重要，其中識別成分可以是酶、DNA、RNA、催化抗體、適體和標記的生物分子。目前分子識別技術在行動式裝置診斷、電反應診斷、藥物篩查方面都有不同程度的運用。從長期看，分子識別是構建生命過程的基石之一。
41. 生物電子學
生物電子學是利用生物材料或生物體系結構來設計和製造資訊處理機械和相關裝置的技術。這一領域利用生物燃料電池、仿生學和用於資訊處理、資訊儲存、電子元件和執行器的生物材料。該研究領域的重要方向是生物材料和小型電子裝置之間的互補性和相互作用。
42. 生物資訊學
生物資訊學是一個新的研究領域，它結合了生物學、數學和計算機科學等多個學科的方法、技術和資料。它的目標是開發新的工具來繪製和分析生物有機體的資料。生物資訊學的用途包括識別候選基因和核苷酸，目的是更好地瞭解疾病的遺傳基礎、獨特的適應性、理想的特性，或種群之間的差異。
43. 植物通訊
植物通訊是指植物和其他生物之間的交流，不管是同一種還是不同型別的植物、土壤和昆蟲，還是更復雜的生物。目前有研究團隊正在探索將植物作為感測器的方法。對植物通訊的深入研究可能會有潛在的應用前景。
五、生物醫學
44. 基因編輯
基因編輯也被稱為“基因組工程”，它是DNA被插入、刪除、修改或替換到生物體的基因組中的工具。通常的編輯方法是透過工程核酸酶（分子剪刀）在基因組中的靶點產生斷裂雙鏈。基因編輯將進入許多不同的應用領域，其中大多數前景仍然無法預想。在構想新用途時需要很多創造力，並且需要考慮很多道德和法規問題。
45. 基因治療
基因治療的重點是基因突變，基因突變使其產生異常蛋白質。除了變異，基因治療的基本原理是，缺陷基因被治療基因（也稱為功能基因）取代或滅活，這種基因透過病毒或“裸DNA”進入人體。基因治療成為可行的技術能力正在擴大，但基因治療的成熟度和大規模採用的複雜性仍待觀察，此外政策和各種倫理困境的解決也很重要。
46. 抗生素藥敏試驗
抗生素耐藥性是全球人類健康面臨的最嚴重的風險之一，這就意味著要面對多方面挑戰，包括：感染預防、新抗生素的開發以及對抗感染的替代方法、限制過度使用和確保有效性治療。在未來，一旦確定了感染的原因，醫生將可以在現場決定是否採用適當的抗生素治療，以及哪種抗生素最有效。
47. 生物列印
生物列印是3D列印的一種特殊應用，它使用聚合物或基因工程的生物材料生產組織和器官，其中一些組織和器官可植入人體。生物列印的優點是材料的個體適應性較好並且具有較少的副作用，包括植入物排斥反應。
48. 基因表達的控制
基因表達是一個基因的核苷酸序列被用來指導蛋白質合成和產生各種細胞結構的過程。通過了解如何控制基因表達，科學家們希望破解每個基因在人類和動物發育中的作用。透過研究人體對基因表達的控制，可以預見人的衰老程度和速度。在胚胎髮育和多功能幹細胞生物學階段控制基因表達可能會徹底改變輔助生殖和再生醫學。
49. 藥物輸送
藥物輸送是指給人或動物施用治療劑或藥物複合物，以達到治療效果的一種治療方法。藥物傳遞技術的進步通常是為了提高藥物的功效和吸收程度，同時減少其副作用。奈米材料和新材料正在徹底改變這個領域。提升藥物輸送能力將導致藥物更快達到其目標，副作用會越來越少，並在必要時停用或重新啟用。
50. 表觀遺傳技術
表觀遺傳技術指的是基因功能的可遺傳變化，而這些改變並不需要DNA序列的改變。儘管實驗表明一些表觀遺傳變化是可逆的，但“表觀遺傳”一詞已經包括在不改變DNA序列的情況下改變基因活性的過程，並導致可傳遞給子細胞的修飾。目前有一些證據表明，許多疾病和各種健康指標都與表觀遺傳機制有關，包括多種癌症、認知功能障礙、呼吸系統、心血管、生殖、自身免疫和神經行為疾病。
51. 基因疫苗
基因疫苗是由DNA或RNA合成的非蛋白疫苗，可促進人體免疫力提升，預防傳染性疾病擴散。它是在基因治療技術的基礎上發展而來的。DNA疫苗的前景非常穩定，便於大量生產且易於運輸。當基因組疫苗成為常態時，由於持續時間長，涵蓋了廣泛的病原體，並且很容易適應後者的突變新形式，因此需要的免疫次數更少。
52. 微生物組
微生物無處不在，它們形成的微生物群對人類健康既有好處也有壞處。受早年接觸微生物和飲食等因素的影響，人與人之間的微生物組構成有很大的差異。此外人體的不同部位有不同的微生物群。雖然已經知道腸道細菌的組成對某些基因的活性有影響，但這究竟是如何發生的仍有待證實。一項新的研究揭示了一種潛在的方法，即“好的”腸道細菌可以控制人類的基因活性，並可能有助於預防結直腸癌。
53. 再生醫學
再生醫學是一個新興的醫學領域，它致力於找到修復或替換因疾病、先天性問題或創傷而受損的細胞、組織甚至整個器官的方法。透過組織工程、幹細胞的細胞療法，以及人工培養的組織或器官來實現。
54. 重程式設計的人類細胞
重程式設計的人類細胞通常指免疫系統的基因重新程式設計的白細胞或誘導型多能幹細胞，其外觀類似於胚胎幹細胞。最近有研究證明，可生物降解的奈米顆粒可透過對免疫細胞進行遺傳程式設計，在小鼠模型中識別、清除或減緩白血病的進展，並使得免疫細胞仍在體內。誘導多能幹細胞是一種可以直接從成體細胞中產生的多能幹細胞。就像胚胎中自然產生的幹細胞一樣，它們可以成為任何其他型別的細胞，可以發育為面板、神經、肌肉或幾乎任何其他細胞型別。
55. 靶向細胞死亡途徑
與目前的治療方法相比，靶向觸發不同型別細胞死亡的關鍵調控分子可能是一種更有效、毒性更小、更不容易產生耐藥性的癌症治療方法。識別新的細胞死亡機制並嘗試協同啟用和控制多種細胞死亡途徑是一種新興對抗癌症的方法，預示著癌症治療有效性的重大飛躍。同時它有望減輕或解決困擾該領域的某些毒性和耐藥性問題。
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