與專業的科學刊物《自然》相比，《科學美國人》的定位更加大眾化、大眾化。這本雜誌不采用類似於《自然》的同行評議方式，而是提供壹個公開的論壇來呈現科學理論和新的科學發現。其受眾包括企業主、高級管理人員、政策制定者和意見領袖，這與《自然》雜誌的學術受眾形成了互補。
因此，本次評選的2019十大新興技術，不僅是學術領域最前沿、最前沿的成果，更註重與當前行業的結合。本次評選的標準包括以下問題:提名的技術是否有潛力產生巨大的社會和經濟效益？他們能改變目前的生產方式嗎？它們是否仍處於早期發展階段，但已經吸引了研究實驗室、公司或投資者的大量興趣？他們有可能在未來幾年取得重大進展嗎？
經過四次虛擬會議，技術專家選出了以下10項近年來可能快速發展的新興技術:
1，生物塑料
生態環境是近年來的熱門話題。其中，塑料垃圾已經成為威脅世界生態的壹大因素。根據世界經濟論壇的數據，2014年，全球生產了31100萬噸塑料，預計到2050年這壹數字將翻壹番。然而，只有15%的塑料被回收，其余大部分被焚燒、填埋，甚至直接丟棄在大自然中。
由於傳統塑料難以降解，可能在自然環境中存在數百年。如果把它們扔到海裏，問題會更嚴重——它們可能會被海洋生物誤食，然後通過食物鏈進入人體。根據維也納醫科大學對誌願者糞便的觀察，估計每人每年要吃掉約7.3萬塊微塑料。
塑料危機迫在眉睫，這可能會促進生物降解塑料產業的大發展，創造“循環”塑料經濟。
所謂生物降解塑料，是指在澱粉等天然物質的基礎上，由微生物產生的塑料，其來源和轉化結果都是生物質。生物塑料和從石化產品中提取的化學塑料壹樣，都是由聚合物(長鏈分子)組成的，在液態下可以成型為各種形狀。
以前的研究集中在如何從玉米、甘蔗、廢油和食用油中制造塑料。但產品通常難以具備傳統塑料的機械強度和視覺特性，因此難以大規模應用。然而，轉折點已經出現。最近，科學家開始研究如何用纖維素和木質素(植物中的幹物質)生產塑料，以克服上述缺點。
纖維素和木質素是地球上最豐富的有機聚合物，是植物細胞壁的主要成分。
其中木質素單體由芳香環組成，芳香環也是壹些傳統塑料中提供機械強度的結構。木質素不溶於大多數溶劑，但研究人員發現了壹種通過離子液體將其從木材和木本植物中分離出來的方法。類似於真菌和細菌的基因工程酶可以將溶解的木質素分解成其成分。
目前，業界已經聚焦於這壹突破，包括倫敦帝國理工學院在倫敦的子公司在內的許多生物技術公司都在這壹領域投入了巨大的努力。可以預見，只要解決了成本和用地的問題，這個行業將會迎來爆發式增長。
2.社交機器人
機器人已經廣泛應用於工業、醫學等領域，但距離人們心目中的機器人“人”還有很大差距。
然而，隨著近年來人工智能(AI)技術的發展，人類有機會將積累的心理學和神經科學知識轉化為算法，使機器人不僅可以識別聲音、面部和情緒，還可以對復雜的語言和非語言線索做出適當的反應。此外，它們將來還能與人類進行“眼神交流”。總的來說，機器人越來越像“人”，與人交流的能力也越來越強。
所以社交機器人有很好的發展前景。事實上，相關產業已經初具規模。比如軟銀機器人推出的“Pepper”機器人，已經出貨超過1.5萬。這個機器人已經能夠識別人臉和基本的人類情感，並可以通過“胸部”觸摸屏進行對話，為全球各大酒店、機場和購物場所的顧客提供引導和溝通服務。
技術專家對社交機器人行業成長的信心也來自壹個特殊的領域——養老。世界很多地方的老齡化趨勢在加強，這是機器人應用的絕佳領域，很多公司都在盯著這塊香蛋糕。此外，社交機器人在消費和育兒領域也有發展空間。
據《科學美國人》報道，2018年，消費機器人的全球銷售額預計將達到56億美元。到2025年底，這個市場將增長到19億美元，每年將售出超過6500萬臺機器人。
3.微型光學設備
作為壹個小眾領域，似乎很少有人關心光學行業的技術突破，但其實相關產品的應用壹直與我們的生活息息相關。比如傳統的玻璃切割和玻璃彎曲技術很難做出微小的鏡頭，所以手機攝像頭的鏡頭堆疊起來精確對焦後，手機很難繼續輕薄。此外，顯微鏡等先進的光學工具也受此困擾。
工程師們發現了壹種用金屬代替玻璃制造光學儀器的神奇方法。這項技術需要使用極薄的金屬板，厚度小於1微米。在其表面，工程師使用納米技術添加不同的突起、凹陷和穿孔。
當入射光照射到這些位置時，光的偏振、強度、相位和方向都會發生變化。通過精確定位納米尺度的物體，可以確保金屬材料發出的光具有選定的特性。這種“金屬透鏡”最突出的特點就是非常薄，工程師完全可以把幾個金屬外殼疊在壹起，做成小部件。
在過去的1年裏，研究人員在這項技術上取得了重大技術突破，解決了新型鏡片的色差問題。這個問題來自於白光通過典型的透鏡成像時，不同波長的光具有不同的折射率，使得不同顏色的光具有不同的傳播路徑，從而表現出不同顏色的光的光程不同而導致的像差。
新的金屬透鏡可以通過精確的拍攝將白光中所有波長的光聚焦在同壹點上。除了這個金屬鏡片本身沒有色差，同類產品還有潛力幫助其他產品矯正色差，可以消除圖像失真、模糊、散光等問題。
更重要的是，除了減小光學元件的尺寸，金屬化最終會降低光學元件的成本。據報道，這種小型金屬透鏡可以用現成的半導體工業設備制造。這無疑是其入選年度十大新興技術的壹大原因。
目前的問題是，以現有的技術，要在厘米級芯片上精確排列納米級的物體還是非常昂貴的。同時，金屬鏡片暫時無法像玻璃鏡片那樣有效透光。
在未來幾年，金屬透鏡可能會在壹些小型簡單的設備中取代玻璃透鏡，例如內窺鏡成像設備和光纖。這個足夠吸引人了，至少谷歌和三星研究過。
4.無序蛋白質
幾十年前，科學家發現了壹種特殊的蛋白質，它可能是從癌癥到神經退化等壹系列嚴重疾病的重要原因。
這種蛋白質被稱為固有無序蛋白質(IDPs)，是壹種無序蛋白質。所謂不必要，是指它沒有穩定的三維結構，不同於細胞中常見的具有剛性結構的蛋白質。因為沒有穩定的狀態，IDP往往充當“組件”，參與其他各種生物反應，如DNA轉錄。
研究結果表明，這種松散的結構使得IDP具有易結合、空間優勢和高度協調的生物學優勢，能夠在關鍵時刻(如細胞對壓力的反應)將各類分子聚集在壹起。然而，當它們被錯誤地表達時，它們也可能引起細胞的變化，各種嚴重的疾病將隨之而來，包括壹些癌癥和阿爾茨海默病。
雖然相關機制已經被發現，但科學家們在此之前卻束手無策。因為目前使用的大多數藥物都需要以穩定的蛋白質結構為靶點，而IDP並沒有給藥物留下足夠的時間發揮作用，所以壹些眾所周知的可能致癌的紊亂蛋白，包括c-Myc、p53、K-ras，都太難以捉摸了。
然而在2017，這種情況發生了改變。法國和西班牙的科學家發現，FDA批準的壹種名為三氟拉嗪(用於治療精神疾病和焦慮)的藥物可以抑制在胰腺癌中起作用的紊亂蛋白NUPR1。這壹結果證明，在“模糊”狀態下瞄準和攻擊IDP是可能的。
在隨後的研究中，科學家們大規模篩選和評估了數千種藥物。他們發現，許多藥物可以抑制c-Myc，壹些分子可以作用於阿爾茨海默病等疾病相關的IDP，如β-澱粉樣蛋白。
這壹發現激起了業界的熱情。現在，生物技術公司IDP Pharma正在開發壹種蛋白質抑制劑，用於治療多發性骨髓瘤和小細胞肺癌。Graffinity Pharmaceuticals已經確定了壹種小分子，它可以靶向與阿爾茨海默病病病理相關的tau蛋白。坎塔比奧制藥公司正在尋找小分子來穩定參與神經變性的IDP。
5.緩釋肥料
為了養活世界上不斷增長的人口，全球化肥的使用量必然會增加。然而，傳統的化學肥料不僅效率低，而且對環境有很大的危害。
過去，農民施肥有兩種方式，要麽向地裏噴灑氨、尿素等物質，為作物補充氮素；或者播種碳酸鉀或其他礦物顆粒，與水反應生成磷。但是用這兩種方法，效率很低，只有相對少部分的營養物質進入植物體內。大量的氮會以溫室氣體的形式進入大氣，而磷會流入水中，導致藻類和其他生物的過度生長，造成經濟損失。
在這種情況下，新型肥料應運而生。
過去，農業科學家發明了壹種叫做緩釋肥的肥料。他們將氮、磷和其他必要的營養物質按照壹定的比例制成小膠囊。膠囊殼的存在減緩了水分與內部營養物質結合的速度和營養物質從膠囊中逸出的速度，使作物有時間充分吸收。
今年的新研究更進壹步，將“緩釋”改為“控釋”，即控制釋放——通過復雜的材料和制造工藝制成壹個調節殼，使養分隨著土壤溫度、酸度或濕度的變化而釋放出來。目前這項技術已經初見成效，比如海發集團推出的控釋肥就是與溫度掛鉤的。當溫度升高時，作物的生長速度和肥料的釋放速度同步增加。
業內人士普遍表示，在未來的“精準農業”中，控釋肥是不可或缺的壹部分。根據設想，控釋肥料將結合數據分析、人工智能和新型傳感器進行精準釋放，從而提高作物產量，最大限度減少養分過量釋放。但由於其他技術需要大量的資金投入和較長的時間，控釋肥可能是未來幾年最先興起的環節。
6.遠程呈現
電影《金剛俠》中有壹個場景，主角戴上高科技眼鏡，原本空蕩蕩的房間裏擠滿了人，而這些在場的“人”其實是遠處的人投射出來的虛擬影像，是典型的臨場感場景。
正如Skype和FaceTime等視頻通話應用已經從商業領域進入大眾市場，大型多人在線遊戲已經從根本上改變了人們在互聯網上的互動方式壹樣，協作式網真技術可能會改變人們在企業內外的虛擬互動方式。
想象壹群人在世界不同的地方順暢互動，甚至能感受到彼此的觸碰。這種協作式遠程呈現可能會改變未來人們的生活方式，使物理位置變得無關緊要。
幾個領域的進展使這壹前景成為可能。首先，AR/VR技術越來越好。根據前瞻產業研究院整理的數據，近年來高端VR設備市場持續增長，VR技術也開始從個人應用向工業、教育、醫療、零售等行業的企業級應用滲透。
其次，全球都在快速建設5G網絡，未來的數據傳輸能力可以保證沒有延遲。新技術的應用將使VR產品延遲降低近10倍，網絡效率提升100倍，為消費者遠程體驗場景提供保障。長距離傳輸時延是無法消除的，但預測性AI算法可以彌補這壹缺陷。
此外，創新者還在改進遠程交互的相關技術，比如觸覺傳感器，讓人們可以感受到他們控制的機器人觸摸了什麽。
《科學美國人》表示，網真技術所需的壹切都已準備就緒，相關行業將在三到五年內迎來革命性的發展。比如微軟等公司在技術上做了很大的努力，預計到2025年，這些技術將支撐起壹個價值數十億美元的產業。
7.區塊鏈追蹤技術
據世界衛生組織統計，每年約有6億人食物中毒，42萬人死亡。疫情爆發後，調查人員需要幾天到幾周的時間來追蹤源頭。在此期間，更多的人可能會因此而受害，許多食物可能會被隨意丟棄。
為了減少甚至消除食物中毒和食物浪費，區塊鏈技術的應用非常重要。
區塊鏈是壹個分布式記賬系統，其條目被記錄在按順序存儲在多個位置的計算機上的多個相同的“賬本”中。這種冗余的安排使得篡改任何“賬本”都不會影響整個系統的記錄，從而創建了高度可靠的交易記錄。
通過在公共鏈中整合種植者、經銷商和零售商，可以在端到端供應鏈中創建壹組關於給定食品的可信路徑記錄。有了這個記錄，零售商、餐館等。可以立即將受汙染的食品從流通中移除，並準確銷毀有問題的庫存商品。
此前，IBM已經開發了基於區塊鏈-IBM Food Trust的雲平臺，並被大型供應商采用，如家樂福、沃爾瑪、山姆會員商店、艾伯森公司和史密斯菲爾德食品公司。在壹次測試中，沃爾瑪在幾秒鐘內就找到了“受汙染”產品的來源，而這在過去可能需要幾天時間。
8.新的核反應堆
福島之後，全世界人民對核能的氣味都變得蒼白，許多國家的核電項目下馬，核能技術的發展陷入低谷。然而，隨著近年來碳排放等問題的日益流行，核能作為壹種典型的清潔能源再次被提上日程。
在過去的幾十年裏，主流輕水反應堆的原理是將二氧化鈾的小顆粒堆積在鋯合金包裹的長圓柱棒中。鋯可以讓芯塊中裂變釋放的中子通過，從而維持核裂變反應的繼續。
問題是，如果鋯因控制失靈而過熱，會與水反應產生氫氣，發生爆炸。這種情況導致了世界上最嚴重的兩起反應堆事故——1979年美國三裏島的爆炸和部分熔毀，以及2011年日本福島第壹核電站的爆炸和輻射泄漏。
目前，核能巨頭西屋電氣和Famatom正在開發所謂的抗事故燃料，以降低燃料過熱的概率，即使過熱也只會產生很少或不產生氫氣。壹個方向是改善鋯合金塗層，減少反應。其他公司試圖用不同的材料代替鋯和二氧化鈾。
據悉，這項新技術不需要對現有的反應堆進行大的改動，因此可以從現在開始逐步投入使用。不過《科學美國人》提到，美國的核電已經暫停，德國等很多發達國家也有很多限制。新壹代核電技術要開花結果，可能有賴於俄羅斯和中國做出表率。
俄羅斯也在部署其他安全措施；國有企業Rosatom最近在國內外安裝了相對較新的“非能動”安全系統，即使核電站斷電，冷卻劑無法有效循環，也能抑制過熱。西屋電氣和其他公司也在其最新設計中增加了被動安全功能。
還有廠商在測試“第四代”反應堆模型，用液態鈉或熔鹽代替水來傳遞裂變產生的熱量，從而消除產生危險氫氣的可能性。據報道，中國計劃今年將壹個示範氦冷反應堆接入電網。
9.DNA數據存儲
根據軟件公司Domo的數據，在2018年，全球人民每分鐘將在谷歌上進行388萬次搜索，在YouTube上觀看433萬個視頻，發送159362760封電子郵件，發布47.3萬條推文，在Instagram上發布4.9萬張照片。
預計到2020年，全球每個人每秒將產生1.7MB的數據，全年為418MB。以78億世界人口計算，按照這個速度，目前存儲0和1的磁或光數據存儲資源將在1世紀內耗盡。此外，運行壹個數據中心需要消耗大量的能源。簡而言之，我們將面臨壹個嚴重的數據存儲問題，隨著時間的推移，這個問題只會變得更加嚴重。
有壹種存儲技術聽起來很神奇:基於DNA的數據存儲。
DNA是存儲生命信息的物質，由長鏈核苷酸A、T、C、G組成，以不同的順序存儲數據。準確的分類(讀)、綜合(寫)、復制是相當簡單的。另外，DNA的穩定性也足夠高。例如，今天的人們可以對50多萬年前的化石的完整基因組進行測序。
真正值得關註的是DNA的存儲能力。DNA可以精確、海量地存儲數據，密度遠超電子設備。例如，根據哈佛學者早前在《自然·材料》雜誌上發表的計算結果，大腸桿菌的存儲密度約為每立方厘米1019字節。換句話說，壹個邊長約為1米的DNA立方體可以很好地滿足目前世界1年的存儲需求。
這種想法並不局限於理論。2017年，哈佛大學的丘奇團隊采用CRISPR技術，將人手的圖像記錄到大腸桿菌的基因組中，然後成功讀取，準確率超過90%。最近，華盛頓大學和微軟研究院聯合開發了壹個可以自動寫入、存儲和讀取DNA編碼數據的系統。
目前要想和傳統的電子存儲方式競爭，讀寫DNA的成本還需要進壹步降低。然而，即使DNA存儲不能迅速普及，它也幾乎肯定會用於某些行業。
10，可再生能源儲存
過去幾年，風能和太陽能設備成本驟降，全球對碳減排的關註度不斷提高，促使全球發電結構發生巨大變化。根據美國能源信息署(EIA)的數據，在10年期間，美國的可再生能源發電量增長了1倍。未來兩年，風能、太陽能和其他可再生能源仍將是電力結構中增長最快的部分。
現在人們面臨的問題是沒有合適的儲能方式。
目前清潔能源發電的主流手段相當不穩定。以年為尺度，風電在春、秋、冬三季發電量較多，夏季發電量較少，太陽能在夏、秋兩季發電量較多，春、冬兩季發電量較少；以天空為尺度，風力發電早晚發電多，中午和午夜發電少，太陽能發電白天發電多，晚上不發電。
如果這種特性不加處理就接入電網，會給電網帶來很大的不穩定性。夏天風力跟不上，晚上太陽能也滿足不了需求。
因此，不穩定、不可持續的壹次能源必須首先通過積累和儲存送入儲能系統，然後以適合電網運行的方式接入電網。
幾十年來，抽水蓄能是世界上主要的大規模蓄能方式之壹。它的原理很簡單，就是建壹個水庫。當發電量較高，電力充足時，啟動水泵將水抽到較高位置的蓄水池。需要發電時，打開閘門，水流過沿途的渦輪，帶動渦輪旋轉發電。這種方法原理簡單，效果好，但是存在很大的問題。壹是築壩成本高，二是嚴重依賴地形，推廣難度大。
因此，在最近壹兩年，朝鮮電池技術的研究已成為壹個新的熱點行業。根據EIA的數據，到2019年2月，美國公用事業規模電池的存儲容量已經從10年前的幾兆瓦躍升至866兆瓦。據Wood McKinsey估計，從2018年到2019年，儲能市場增長了1倍，從2019年到2020年將增長2倍。
鋰電池技術將成為未來5-10年能源行業的新出路，這是業內的知識。到那時，我們可能會看到鋰電池系統可以儲存4-8小時的能量，足以將太陽能白天產生的電力供應到晚上的用電高峰。
問題是這可能是鋰離子電池的極限。要想讓可再生能源真正在發電系統中發揮主導作用，需要有更好的儲能系統和更強的動員能力，科學家必須實現對鋰離子電池技術的超越。
目前可能的方向有液流電池和氫燃料電池。目前業內很多公司都在攻關，有的已經拿到了投資，但遺憾的是暫時沒有可以量產的成品。EIA表示，截至2017年底，美國僅部署了三套大規模液流電池儲能系統，而公用事業規模的氫動力系統仍處於示範階段。
但隨著全球減排壓力的不斷加大，在可再生能源市場發展的推動下，儲能技術的進步和激烈是壹定的。
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