前沿技术将在应对21世纪的社会、经济和环境问题以及实现可持续发展的目标中发挥重要作用。前沿技术在推动世界繁荣、促进环境可持续发展等方面能够提供更好、更快、更廉价、更方便且可升级的解决方案。
一、前沿技术本身所具备的特点
1.互为基础（Technologies Building on Each Other）
所有的技术创新都是建立在已有的科学发现和技术进步之上，随着越来越多新技术的开发，未来新技术的研发速度将越来越快。例如，蒸汽机的发明引发了交通工具和工厂设备的变革，促进了经济、社会和地缘政治的变化，为更多的技术发展提供了舞台。
2.摩尔定律（Moore’s Law）
技术的发展和应用速度呈指数级增长。英特尔联合创始人戈登·摩尔在1965年预言微晶片的处理能力每过18~24个月就会增长一倍。这一指数级增长定律在随后的50年中被证明是普遍正确的，同时推动了大部分数字化领域的主要成本降低。随着运算法则（软件）、云计算、机器学习和深度学习、新型微处理机以及量子计算的逐渐强大，预计计算能力还将继续以指数级速度增长。
3.技术融合（Technology Convergence）
技术正在通过数字平台的广泛使用而产生越来越多新的组合技术，这将继续加快技术革新的速度，给多个领域带来颠覆性变革。这种变革迅速在全世界范围内蔓延，不仅改变着人们的社交、工作、生活以及健康管理方式，还改变了企业和政府管理模式。技术融合的例子包括：由记录疾病状态和患者信息的大型数据库支持实现的个性化医疗；快速平行的基因测序；使用计算机模拟设计和测试新药；可穿戴式个人医疗监控设备；依托于新型纳米技术的小型化、高灵敏度的化学和生物传感器；融合电子元件、电源和光导纤维的纺织物等。融合不仅发生在技术层面，还发生在平台、利益和投资层面。例如，在农业上将移动互联网、云计算、农业机械传感器、基因组测序等技术深度融合，有望实现精准农业的重大突破。
4.成本降低（Declining Costs）
智能手机的成本在未来五年预计要下跌至少30美元，数字设备的成本普遍下跌迅速。成本下跌同时也在影响着能源领域，当前太阳能光伏发电（PV）已经在电动汽车和电池上成为矿物燃料成本的有力竞争对手。在某些情况下，数字技术正在将边际生产成本降至为零，例如，书本、CD或DVD需要材料、运送、印刷等成本，而电子书的边际成本就几乎为零。“零边际成本”的趋势加速了这类技术的扩散，进一步加快了技术开发和创新。
5.多重平台（Multiple Platforms）
使全球实现移动连接的互联网和为无数App应用提供地理定位的全球定位系统（GPS）作为两大“平台中的平台”，在加速技术变革中起到了核心作用。这两个平台使得无数新的次级平台得以搭建，进一步推动了技术创新和企业创建。
6.进入成本降低（Reduced Entry Costs）
这些平台还使得科学实验和企业创建的进入成本大幅降低。借助英特网、云计算、人工智能、3D打印、无人驾驶飞机、App应用和计算生物学的初创企业因此得以在全世界范围内迅速增加。一家初创企业的主要非劳动力成本仅仅是笔记本电脑和互联网连接以及云计算服务（对于软件公司而言）或3D打印机（对于物质生产企业而言）。
二、重要前沿技术及其对可持续发展的潜在贡献
1.大数据（Big Data）
通过与互联网相连的传感器收集海量数据、监控网络和社会媒体，能够预测需求、估测农村收入（基于移动电话活动）以及预测民间动乱。预计到2020年，数据量将从2013年的3ZB（zettabytes）增长到约40ZB。大数据以新的形式创造价值，并能够从更大规模和层面影响组织、市场和政府-公民关系。通过对大数据的收集和分析，能够对组织管理和商业模式进行预见、应对或解决重大全球问题、协助科学新突破、推进人类健康、提供实时信息流（如疾病爆发或交通状况）、监测自然生态系统、提供资源利用效率等。最终为企业负责人、政策制定者和公民社会的决策制定提供支持。
2.物联网（Internet of Things, IoT）
物联网能够通过传感器监控和管理连接对象（自然界、动物和人）的情况。在物联网中，相连通的物体、系统和用户之间通过互联网交换数据。物联网设备主要可以用于以下方面：利用感应器监控吃、睡或健康习惯；利用移动电话控制家用电器；利用感应器监测土壤条件从而提高农业生产率等。预计这类设备的数量将从2015年的150亿增长到2020年的500亿，其中有三分之一是计算机、智能手机、电视机和移动设备。物联网在卫生、零售、建筑和贸易等各类领域中都具有创造价值的潜力，还可能为制造业及其相关工序解决缺乏效率的问题。据估算，当前该市场价值6558亿美元，将在2020年达到1.7万亿美元，至2025年达到3.9万亿~11.1万亿美元。
3.人工智能（Artificial Intelligence）
人工智能已成为技术专家、投资者、政府和未来主义者的主要关注点。近年来，在海量大数据获取、廉价的大规模云计算以及先进微处理器的推动下，以机器学习和深度学习为代表的人工智能取得了重大进展。人工智能的发展方向主要有：超智能图像识别、智能语音翻译、癌症的精准医疗等。
4.3D打印（3D Printing）
3D打印技术为发展中国家带来潜在的经济、社会和环境效益。由于3D打印成本大幅下降，再加上计算机辅助设计、互联网、新材料和云计算的相应发展，30年前发明的3D打印技术已经成为全球制造商生产飞机、风轮机、汽车和其他机器的可行技术。作为一项“平台技术”，3D打印应用广泛，如卫生保健、航空航天（如打印飞机零部件）和建筑（如打印房屋和大型建筑）。3D打印具有改造企业（尤其是制造业）的潜力，为制造能力有限且生活消费品严重依赖进口的发展中国家发展低于传统工厂生产成本的制造业打开了机遇之门。3D打印技术只需要产品原材料，且通过单一工序生产商品，避免了各种零部件的运输，减少了资源的使用，因此还有助于减少碳排放。
5.生物科技和健康技术（Biotechnology and Health Tech）
信息与通信技术（ICT）的进步使得合成生物学、系统生物学和功能基因组学与生物技术的融合度越来越高。生物学的数字化使生物技术的开发成本大幅降低，合成生物产品不再是从零开始，而是可以利用以生物积木（BioBricks）形式存在的可下载已有模块进行构建。这一过程并不需要了解每一个生物积木的功能，只需要了解设计该物体所需的软件并进行设计，将其发送到打印机就能够通过互联网以数字的形式进行传输并在任何地方重新创建。此外，基因编辑、DNA测序、大数据和人工智能正在使个性化药物设计成为可能。
6.高级材料和纳米科技（Advanced Materials and Nanotechnology）
纳米材料包括纳米晶体和纳米复合物等一系列有机和无机材料。纳米技术具有颠覆许多产业领域的潜能，其应用包括：①水修复和净化，如在缺水国家通过纳米过滤膜处理废水；②增加材料的耐热性以及锂电池电极的灵活性和性能；③对农用化学品的施用进行精确控制，提高种子发芽力，减少农药和化肥的污染；④纳米电子，包括减少电子设备重量和耗电量的装置和材料，如小型电子电路、增强的记忆存储器和更快的计算机处理器；⑤纳米医疗，如利用金纳米颗粒探查核酸的靶向序列和利用纳米颗粒作为药物载体。此外，在一些国家的食品安全项目中，纳米技术还被用来改善农产品的保存。
7.可再生能源技术（Renewable Energy Technologies）
可再生能源技术能够为中央电网系统覆盖不到的偏远农村地区提供电力。近40年来，太阳能电池的成本已大幅下跌，已成为世界上最廉价的发电技术之一。第三代太阳能光电的材料研究也有了创新进展，虽然硅基的太阳能光电在短期内还会占主导地位，但第三代薄膜电池正在兴起，其中前景最好的是钙钛矿太阳能电池，它具有优异的吸光性能，生产成本较低，但目前仍处于早期研发阶段，在长期稳定性和大规模部署的可行性上还有待提高。电动汽车的成本也迅速降低，苏格兰正致力于在2032年前逐步淘汰汽油和柴油汽车，中国、法国和英国其他地区则将该目标的实现定在2040年。
8.人造卫星（Satellites）
自互联网发展以来，通信卫星一直被用于农村地区和发展中国家的互联网接入，由于发射技术、天线、太阳能、无线电等技术的进步，这一产业一直得以维持下去。如今，高空平台电信系统（HAPSs）和低轨道卫星也有望实现；未来，飞速发展的技术将使小型廉价且功能强大的卫星得以开发。例如，利用智能手机技术带有各种感应器的小型航天器 CubeSats，可以用来作环境监察等。
9.无人驾驶飞机（Drones）
无人驾驶飞机已问世数十年，在摩尔定律的推动下，其成本和体积近年来都有了大幅下降，同时其功能随着智能手机技术的发展得到了增强。如今，小型四翼无人驾驶飞机被用来执行越来越多的任务，如包裹的商用投递、疫苗等高价值物品在发展中国家农村地区的投递等。数百家无人驾驶飞机投递公司正在全世界兴起，2015年有430万架无人驾驶飞机执行了运输任务，相当于167%的市场增长。无人驾驶飞机的成本逐步下降也有利于在发展中国家开展一系列服务，如向冲突地区、难民营和地面交通状况不好的农村地区运送补给。城市中的无人驾驶飞机运输能够大大减少交通拥堵和污染。无人驾驶飞机能够执行检查桥梁、手机发射塔和屋顶以及查看火情等危险任务，还能够为精准农业提供廉价的新型功能服务，如监控杂草和作物的生长、喷洒杀虫剂和监控土壤水化作用。
10.区块链（Blockchain）
区块链是各方之间不依赖于中心机构的一种永久且透明的交换形式，这种交换的前提是区块链上的各方都有渠道和方法来核实整个数据库。所有的交易和业务都在分布式对等网络上被可视记录。
区块链的应用包括以下几个方面：
①“智能合同”，即一种能够大大降低成本的自动进行颁发许可、收取税款等交易的可信第三方；
②为缺乏认可身份的人群提供身份认证，使其免遭法律、政治、社会和经济隔离；
③越来越多地运用于土地和财产登记，确认与政府相关的财产交易，减少文书工作和财产欺诈；
④联合国世界粮食计划署的一个人道主义救援计划在约旦和叙利亚用区块链进行现金和食品援助交易，其目的是为了减少管理费用、提高安全性和加快对偏远地区的救援速度；
⑤在贸易金融领域，区块链能够简化程序、减少结算时间、失误、欺诈和争端，并提高交易各方的信任度。
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