2021年八大关键技术趋势深度解析：从材料科学到信息技术

技术不仅关乎小工具和玩意儿。它有非常广泛深刻的定义。

“技术”一词源自希腊语“teckne”（关乎艺术或工艺）和“logia”（关乎研究）。两词结合teknologia意为系统化处理。

过去两个世纪，“技术”一词用法显著变化。到1940年代，“技术”不仅指工业艺术研究，还包括所有机器、工具、仪器、武器、通信和运输设备，以及人类构建和使用它们的技能。

更广泛说，技术指可用于解决现实问题的工具、机器和技术集合。工具机器可以像图钉一样简单，也可以像粒子加速器或空间站一样复杂。也不必是物理的；虚拟技术如软件和云服务也属于技术范畴。

从根本上说，技术是实现人类目的的手段。

因技术可以极简单或极复杂，可分为不同群体。下文用现代案例解释所有不同技术类型。

8. 材料技术

3D打印柔性压电材料片 | 来源：Nature Materials

应用：用于卫星微推进器的压电材料、用于保护金属产品的自愈涂层

材料技术是选择最符合目标应用要求属性材料的综合学科。也可能包括在机器寿命期内通过抗疲劳、抗腐蚀等保持材料性能。

因不同材料有不同属性，混合多种材料产生有趣特性，催生新应用。

材料技术近期进展提供额外功能，催生“智能材料”术语，其特征是对光、湿度、温度等外部刺激有响应。过去十年成功开发测试多种创新材料，如碳纳米管、石墨烯、压电材料。

材料科学与材料技术紧密相关。前者侧重新材料（特别是固体）设计与发现，后者更关注改进产品的技术和测试。

7. 机械技术

应用：用机械机器人制造汽车、3D打印机、发电厂

机械技术处理将机械零件和材料组装成功能结构、控制或传递运动的技术。如自行车刹车、门锁、汽车变速箱齿轮系统等。

机械工程技术人员应用产品设计、材料科学、制造工艺原理创造有用产品和生产机械。主要作为故障排除者从事机械和自动化设备持续维护。

具体工作涉及分析结构应力、应变、剪切力、弯曲挠度、轴承、离合器、刚体动力学、运动、旋转质量平衡、自由振动、液体流动、真实流体热力学行为等。

可扩展专业包括能源、石油、核能、汽车、航空航天、制造、工业设计、产品开发。

6. 医疗技术

MRI扫描仪

应用：听诊器、起搏器、呼吸机、计算机断层扫描（CT）扫描仪、手术机器人

医疗技术常定义为应用科学构建解决方案预防疾病、损伤或其他健康问题。包括通过先进机器检测疾病、治疗患者方法、健康监测。

广义上，医疗技术关注设备、系统、设施、程序（不含药物）。医疗器械可为器具、仪器、装置、植入物、试剂、软件。

从注射器、血压计（测量血压装置）到医学成像技术（如X光、MRI机器），医疗机器在诊断、预防、监测、治疗、缓解疾病中扮演多种角色。

过去十年医疗重大技术发展之一是3D打印。用于制造专用假肢、夹板、惰性植入体部件、定制可替换身体部位。

过去十年机器人技术对医疗贡献显著。机器人协助医生执行各种繁琐任务。手术机械臂让外科医生以比传统方法更灵活高效方式弯曲旋转组织。

5. 电子技术

应用：计算机、智能手机、数码相机、雷达（无线电探测与测距）、电源、万用表、交互式传感器

电子技术处理一切涉及真空和物质中电子发射、流动、控制的事务。电子元件可以是系统中任何影响电子或其相关场的物理实体（如电容、电阻、电感、二极管、晶体管），其方式与电子系统预期操作一致。

电子主要包含无源和有源元件、固态器件、运算放大器、音频和射频放大器、振荡器、频率调制器、数字电路、数字电路、电源、光电子器件（如太阳能电池、发光二极管、光纤）。

各种科学技术学科与电子不同方面紧密相关。这使广泛电子消费品、军用、工业产品的开发成为可能。

截至2021年，大多数电子设备利用半导体进行电子控制。事实上这些设备代表现代技术很大一部分。

集成硅电路无处不在：日常家电、汽车、甚至卫星。广泛用于电信、信号处理、信息处理。

4. 通信技术

应用：局域网（LAN）、视频文本、电传文本、互联网、无线信息传输、GPS

通信技术涉及通过统一布线或链路系统融合视听和电话网络与计算机网络。

网络增强源于计算设备最新进展，部分专为网络应用开发、转换数据从一点到另一点。

这是广泛且持续演进的领域，涵盖所有以数字形式电子接收、存储、检索、处理、传输信息的设备。包括收音机、电视、手机、通信设备、卫星系统及许多不同服务。

通信技术实际上是IT基础设施关键部分。使通过私有或公共网络交换、传输、提供信息成为可能。也实现电子资源更好管理，从而提供定性服务。

此外，此技术广泛用于太空。如NASA和机构用自由空间光通信在外太空传输更多数据、用时更少。

3. 核技术

格罗恩德核电站

应用：电能生产、放射治疗、烟雾探测器、一次性产品灭菌、太空任务用放射性同位素热发电机

当原子核发生变化时释放巨大能量。核技术涉及操纵/控制特定元素原子核此类变化并转化为可用能量的所有技术。

广泛用于核电站发电。核能是高效清洁烧水产生蒸汽推动涡轮发电的方式。

这些电厂用铀或钚等核元素通过裂变反应（原子核分裂成两个或更小核）发电。

多数电厂用小硬铀燃料丸。单颗丸大小如指尖，却含能量相当于17,000立方英尺天然气、3桶油、1吨煤。具体说，1公斤铀-235裂变释放近1850万千瓦时热量。

核元素可作为深空任务可靠长期电源。航天器用核电池无人值守运行数年。旅行者1号和2号1977年发射研究外太阳系，至今仍传回数据。

除发电，核技术还用于枪瞄具、医学放射摄影、工具设备灭菌。

2. 生物技术

应用：利用微生物制造牛奶烘焙面包等有机产品、利用生物体从矿石提取金属（生物浸出）、生物武器生产

生物技术利用生物系统和活体生物开发不同产品。涵盖遗传学、生物化学、分子生物学等广泛学科。

现代生物技术提供革命性技术和产品对抗严重罕见疾病、减少环境负面影响、使用更清洁能源、实现更安全高效工业制造流程。

按应用分类，生物技术可分七类：

• 红色生物技术：涉及疫苗抗体、人造器官、诊断测试、再生疗法开发。
• 绿色生物技术：用于抗虫害、滋养作物、增强其抗恶劣天气和微生物能力。
• 白色生物技术：比常规工艺消耗更少资源。用于制造工业品。涉及设计生物体和酶创造有价值化学品或销毁有害化学品。
• 蓝色生物技术：开发海洋资源（如微藻）开发产品和工业应用。
• 黄色生物技术：专注食品生产。如研究降低食用油饱和脂肪水平。
• 金色生物技术：用先进计算技术获取、存储、分析、分离生物信息，特别是DNA和氨基酸序列。在结构基因组学、功能基因组学、蛋白质组学等诸多领域发挥关键作用。
• 灰色生物技术：解决环境问题，关注生物多样性维护和污染物清除。

截至2021年，超250种生物技术医疗产品和疫苗供患者使用。全球超1400万农民用农业生物技术提高产量、减少虫害损害。

美国已建超200家生物炼厂检验完善利用可再生生物质生产生物燃料和化学品的技术。

1. 信息技术

应用：多媒体会议、电子商务、云计算、网上银行、语音识别、入侵检测系统、在线广告

如今信息技术（IT）指人们用计算机做的一切。虽常涉及计算机和计算机网络，也包含电话、电视、互联网等其他信息分发技术。

许多公司现设IT部门管理计算机、创建管理数据库、确保业务信息系统效率和安全。计算机软件近年进步让企业更精准分析数据发现隐藏模式、做出明智决策。

过去十年科技巨头聚焦人工智能和机器学习，让计算机用实时数据做“人类般”决策。此时AI能比人类好得多地执行广泛任务。例如能：

• 基于历史趋势预测未来结果
• 发现低效环节
  自动化复杂分析任务
• 执行计划
• 学习并变得更好

另一革命性发明是区块链——以最安全方式存储信息的特定数据库。区块链技术增强跨业务网络共享数据的安全性、透明度、可追溯性。

量子计算利用量子力学现象，也属IT范畴。事实上被视为信息技术发展中下一个重大进化里程碑。

常见问题解答

现代技术有哪些例子？

现代技术不仅关乎速度和效率，还通过给予你更多访问和控制智能服务的权限来赋能你。最流行现代技术例子：

5G：第五代移动网络旨在连接虚拟所有机器和设备。旨在提供比4G快100倍数据速度、超低延迟、巨大网络容量、更低误码率。

加密货币：革命性但常被误解的数字货币新技术。基于加密去中心化结构，使其存在于政府和中央权威控制之外。虽超5000种加密货币，比特币和以太坊最热门。

手术机器人：用于微创手术。让医生以传统方法无法实现的精度和灵活性执行各种复杂手术。机器人辅助手术在美欧医院快速采用治疗广泛病症。

增强现实与虚拟现实：AR常通过智能手机摄像头向实时视图添加数字元素，VR是完全沉浸体验隔绝物理世界。两者广泛用于游戏、员工培训、设计、娱乐、健康、教育行业。

深度神经网络：你可能已不知不觉用过基于神经网络（机器学习子领域）的产品。用于Alexa、Siri等虚拟助手、Netflix和Amazon产品推荐、Tesla自动驾驶，不胜枚举。

技术有负面影响吗？

技术用于几乎所有行业，像万物一样有优势和劣势。

优势	劣势
信息获取便捷	极度依赖
更好的沟通手段	隐私担忧
助力新发现	社会疏离
出行便利	数字媒体操纵
加速可再生能源发展	就业不安全感
几乎所有行业生产力提升	社交媒体/电脑游戏成瘾

微技术与纳米技术有何区别？

微技术涉及尺寸数量级约为一微米的极小事物研究创新领域。关注化学物理过程及微型计算机部件、微电子、微手术、空间微器件开发。

微机电设备例如是血压监测仪、汽车安全气囊、喷墨打印机等各种产品关键组件。

纳米技术比微技术复杂得多。涉及理解和控制尺寸1至100纳米之间的物体。人类头发平均80,000纳米可作参考。如此微小尺度下量子力学效应变得显著。

纳米技术应用极多样：从开发新材料到合成DNA折纸纳米机器人（在体内难达区域递送药物）。