从微弱信号到系统变革：2025年十大新兴技术
添加时间：2025-09-30 点击次数：340
提 要：世界经济论坛（WEF）和瑞士前沿出版社（Frontiers）发布的《2025年十大新兴技术报告》探讨了如何通过战略远见识别并评估具有深远变革潜力的前沿技术，以应对全球挑战并塑造可持续的未来。报告详细阐述了2025年入选的十大新兴技术。报告强调，这些技术的成熟与广泛应用不仅依赖技术突破，更需要构建完善的生态系统，协调社会接受度、技术能力、环境可持续性、经济可行性和监管框架。报告识别前沿技术的“微弱信号”并预见其“社会变革”的潜力价值，目标在于搭建科学潜力与实际应用之间的桥梁，激发跨学科合作与前瞻性决策，共同塑造更具韧性、包容性与可持续性的未来。
关键词：战略远见；新兴技术；技术融合；可持续转型；系统变革
一、具有深远变革潜力的前沿技术
每年，世界各地研究实验室都会涌现出卓越的创新成果，其中许多蕴含着巨大的潜力，然而能成功实现从科学发现到实际应用这一关键跨越的却寥寥无几。13年来，世界经济论坛（World Economic Forum，WEF）的《十大新兴技术报告》（Top 10 Emerging Technologies report）一直致力于改变这一现状，重点关注那些不仅有潜力跨越这一门槛，更能帮助社会适应复杂挑战并蓬勃发展的突破性技术。
WEF的《十大新兴技术报告》目标明确：通过将尖端研究与能够推动其发展的人士联系起来，激发前瞻性对话并塑造技术议程。通过识别处于转折点（即科学成就与现实潜力交汇处）的技术，为政府、企业和科学领域的领导者提供洞见，以便其在快速发展的格局中做出具有前瞻性的决策。
2025年，全球创新格局持续演变，贸易关系不断变化、供应链重组和区域格局动态正带来新的战略考量。在此背景下，《2025年十大新兴技术报告》所强调的技术具有更深层次的重要性。其中一些技术可能为实现更高的自给自足能力和韧性提供途径；另一些则可能在全球紧张局势下，成为至关重要的国际合作桥梁。
《2025年十大新兴技术报告》中的新兴技术（emerging technologies）名单是这样产生的：综合运用专家推荐、人工智能工具分析、技术发展阶段评价以及宏观战略价值考量这四种方法。2025年十大新兴技术榜单的提名，是通过向世界经济论坛的全球未来理事会网络（World Economic Forum’s Global Future Councils Network）、由全球顶尖机构编辑组成的前沿出版社（Frontiers）主编网络（Frontiers network of chief editors），以及十大新兴技术指导委员会（Top 10 Emerging Technologies Steering Committee）成员分发调查问卷而征集的。《2025年十大新兴技术报告》对“新兴技术”的定义既包括全新的创新技术，也包括正以变革性新方式应用的成熟技术。这种包容性的方法体现出，技术的涌现可以通过多种途径实现——无论是通过突破性的新发现，还是通过应用现有技术产生重大新影响的方式来解决不同问题。
二、2025年十大新兴技术概要
（一）结构电池复合材料：在动态中融合能量与工程（Structural battery composites：Merging energy and engineering in motion）
结构电池复合材料（Structural battery composites，SBCs）将承重结构件与可充电储能功能集于一体。这意味着结构电池复合材料可以像传统锂离子电池一样存储能量，同时本身也是其所供电的车辆或建筑物的刚性构件。相比之下，传统电池系统的电化学组件封装在一个容器内，该容器增加了重量却未提供任何结构效益。结构电池复合材料可能包含碳纤维（carbon fibre）、环氧树脂（epoxy resin）或其他轻质高强度的材料，并且可以进行3D打印，针对表面积和结构强度进行优化以提高效率。
结构电池复合材料的用途非常广泛，涵盖从电动汽车（EV）到航空航天技术等各种应用领域。该概念源于过去几十年材料科学的进步，特别是在复合材料、电池和电化学领域。该技术目前仍处于商业化早期阶段，但已取得重大进展。电动汽车已经将此类电池用作车辆结构的一部分，未来，结构电池复合材料将通过使各种形状和尺寸的车身面板同时具备两种功能，来将这一应用提升到新的高度。结构电池复合材料可能使所有刚性面板都能储存能量。如，空中客车公司（Airbus）正在试验将SBCs用于飞机，而学术研究还在持续探索新材料和新方法—目前正在探索的应用包括可储能的车辆车身面板、无人机框架、飞机机身。
尽管潜力巨大，SBCs技术尚未实现广泛应用，这源于其面临的技术挑战，如需实现高储能密度、长期稳定性、安全性、耐久性以及成本效益。监管障碍也同样存在。随着结构电池复合材料的成熟，在大规模应用之前，必须制定一套新的安全法规和标准。技术层面的挑战在于将碳纤维等轻量化材料与电池技术相集成，创造出既能充当结构部件又能作为储能单元的多层复合材料。
结构电池复合材料的影响将是深远的。经济上，它们有望通过减少结构材料的使用量来降低制造成本，进而减轻车辆和飞机的整体重量；更轻的车辆运行所需的燃料也更少。环境方面，若开发得当，SBCs可促成更节能的设计，减少材料需求，并使再利用、改作他用和回收再生过程更快、更便宜。其在航空和运输等行业的应用，有助于实现更可靠和可持续的运营。
（二）渗透能发电系统：化盐度差为电能（Osmotic power systems：Channelling salt into energy）
渗透能发电系统（Osmotic power systems）采用多种方法，利用两种水源之间盐度（盐含量）的差异来产生能量。此类清洁、可再生且低环境影响的系统能提供稳定的能量输出。相比之下，太阳能和风能等可再生能源产生的能量在一天内可能波动较大。尽管渗透能发电系统的概念早在1975年就已首次提出，但由于膜性能（membrane performance）的限制—渗透流量不足，以及即使在较大面积的系统中产生的电力也不够充分，渗透能发电系统当时未能得到应用。为了解决这两个问题，近期进展催生了促进膜渗透流量（facilitate flow through membranes）的新材料与系统设计。
渗透能发电系统主要有两种通用设计。其中，一种称为压力延迟渗透（Pressure Retarded Osmosis，PRO），它使用一种特殊设计的半透膜，该膜只允许水从低盐度环境向高盐度环境移动。膜一侧水量的增加会产生压力差，该压力差可用于驱动涡轮机，涡轮机带动发电机旋转从而产生电流。另一种类型依赖于反向电渗析（Reverse Electrodialysis，RED），它使用离子交换膜，该膜可选择性地允许阳离子（带正电荷）和阴离子（带负电荷）迁移到膜的两侧—其驱动力同样来自于膜两侧盐含量的差异。在此情况下，电荷的流动直接产生电流。
这些进展既处于实验室试验阶段，也正在被开发成商业发电厂。如，由Sweetch Energy开发的OsmoRh.ne 1号机组商业项目于2024年开始系统安装。一家成立于2015年的丹麦公司SaltPower，已经利用从地热场地（geothermal sites）涌出的超高浓度盐溶液进行发电。日本福冈的百万吨水处理系统项目（Mega-ton Water System Project）体现了一种循环经济模式，该装置从海水淡化厂产出纯净水后剩余的高盐度溶液中提取能量。
除了发电之外，像反向电渗析（RED）这样的技术已被证明可能适用于生产纯净水，并从该工艺所使用的水中回收锂、氮和二氧化碳。
渗透能发电系统全面成熟所面临的主要挑战，本质上是技术和经济性的。尽管近期进展已改善了技术的性能，但必须注意，前几代渗透能发电站曾受困于膜污染和高成本问题。由于该技术的科学原理是基于清晰且无争议的从盐度差中提取能量，因此，一旦对渗透能发电系统投入足够的资金，除审批流程以及有效的环境和社会影响评估外，大规模应用面临的障碍相对较少。
（三）先进核能技术：以新一代核技术驱动进步（Advanced nuclear technologies：Bringing next-generation nuclear to power progress）
受电气化交通兴起、人工智能等新兴技术以及为实现气候目标而推动的“去碳化”趋势驱动，能源需求正在快速增长。全球电网必须扩展以满足增加的负荷，同时保持可靠性、韧性和经济性。为了满足对绿色电力的需求，核能领域正掀起新一轮技术创新浪潮。第三代反应堆（Generation III reactors）主要是压水堆（water-cooled reactors），并采用了耐事故燃料（accident-tolerant fuels）和改进的安全系统。同时，第四代反应堆则提出使用替代冷却流体（alternative cooling fluids），如熔融金属（molten metals）、熔盐（molten salts）或氦气（helium）等气体。这些替代冷却剂在更高温度和更低压力下运行，简化了反应堆设计，提高了安全性并降低了成本。
缩小电厂规模的趋势也日益明显，其设计允许关键部件在工厂制造，然后运输到现场安装。这些小型模块化反应堆（SMRs）的发电容量通常约为传统核电反应堆的三分之一。部署多个相同的SMRs以达到所需功率输出，消除了定制化反应堆的高成本和长设计周期，使得SMRs对分布式发电具有吸引力。
各国正投入大量公共资金，以支持大型小型模块化反应堆（large-scale SMRs）和替代冷却设计。这些投资还延伸至新的燃料制造设施和浓缩工厂，使得在本年代末（2030年）实现部署成为可能。目前，除了俄罗斯和中国之外，只有少数国家在大举投资大型反应堆。最值得注意的是，韩国拥有26座核反应堆，其发电量占全国电力的三分之一；阿联酋的清洁能源战略计划到2050年投资1630亿美元，使其一半的电力来自核能和可再生能源。此外，两座欧洲压水堆（EPRs）和两座美国的AP1000反应堆也在近年投入运营。
在SMR领域，俄罗斯和中国已拥有运行中的电厂，而西方国家则在设计、建造和监管框架方面迅速推进，以建立一个具有竞争力的产业。2024年11月，世界经济论坛与埃森哲（Accenture）合作发布了《加速先进核能与小型模块化反应堆部署联合框架》，该框架旨在协调利益相关方就部署这一技术采取的关键行动达成一致。
尽管核能部署在不久的将来仍依赖于裂变反应堆，但许多国家的长期目标则是核聚变—即氢原子聚变形成氦的过程，该过程释放出巨大能量（与为太阳提供能量的机制相同）。尽管目前尚未实现净能量增益，但人们高度确信，在十几年、二十年内，这种近乎无限的清洁能源将得到成熟发展。
向先进核能技术的转变，结合强化的可再生能源战略与提升的储能解决方案，突显了全球逐步替代化石燃料并确保一个可持续的零碳未来的紧迫需求。
（四）工程化活体疗法：按需递送疗法的工程微生物（Engineered living therapeutics：Microbes designed to deliver therapies on demand）
工程化活体疗法（Engineered living therapeutics）是先进的益生菌系统—如与人类健康相关的微生物、细胞和真菌—被开发用于以可控且可持续的方式生产治疗性物质，如药物、酶和激素。为实现此目标，将包含生产治疗物质指令的遗传密码引入这些系统中。该方法的一个重要特点是能够包含生物控制机制，这些机制通过患者管理的触发方式或响应特定的、临床可识别的疾病信号，来调节治疗物质的生产，从而确保精确且安全的激活。
在患者体内直接生产治疗物质有望克服传统药物的关键缺陷。这些药物目前是在实验室环境中使用改造的细胞系生产，随后需要经过广泛的纯化、加工和制剂化过程。直接在体内生产治疗物质避免了这些下游步骤，而这些步骤通常占生产成本的70%。此外，对于需要通过注射频繁给药的药物（如在糖尿病治疗等关键治疗中），在患者体内持续生产治疗物质，将确保持久且稳定的药物供应，并提高患者的治疗依从性。
合成生物学和基因工程的进步使这些发展成为可能。美国、欧洲和中国正在进行的相关研究也备受关注。目前，多家公司正致力于开发该技术的商业应用。如，美国的战车生物科学公司（Chariot Bioscience）正在探索单次给药后能将治疗物质释放到血液中的微生物平台，从而显著减少重复注射的需要。芬兰Aurealis Therapeutics公司正在进行II期临床试验，利用改造的益生乳酸菌在治疗糖尿病足溃疡时同时产生三种治疗性蛋白。日本电气公司（NEC）正在进行临床I/II期试验，使用减毒沙门氏菌菌株来促进激活患者自身的免疫系统以对抗癌细胞。
安全性是核心焦点。开发者们正在积极解决诸如非预期的基因转移、免疫反应和环境释放等问题。当前处于研究阶段的有前景的解决方案包括：可按指令阻止细菌生长或杀死细菌的代谢与遗传程序，或将其安全封装进聚合物基容器中。此外，还需要制定监管框架，使卫生主管部门能够评估新技术的有效性和安全性，并最终批准其上市。
（五）治疗神经退行性疾病的GLP-1类药物：激活大脑通路，迈向更长寿、更健康的生活（GLP-1s for neurodegenerative disease：Activating brain pathways for longer, healthier lives）
一类最初为治疗II型糖尿病和管理肥胖而研发的药物—学名为胰高血糖素样肽-1受体激动剂（glucagon-like peptide-1 receptor agonists，GLP-1RAs）—目前正被探索其在治疗神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）方面的潜力。早期研究表明，这些药物可能具有神经保护特性，包括抗炎、抗氧化和提高胰岛素敏感性等效应，这些效应可能减缓或改变疾病的进展。
GLP-1RAs类药物一经给药，便能穿过血脑屏障，并与大脑的神经元和胶质细胞相互作用。研究已表明，它们能减轻炎症并促进毒性蛋白的清除，而这两者如果得不到治疗，都与阿尔茨海默病和帕金森病的发生发展有关。此类药物还被证明可以增强脑细胞的寿命和能量调节，这可能会改善人的认知和运动功能。目前正在开发新的药物制剂，旨在提高其向人类大脑的递送效率，以增强其潜在的治疗效果。
如果被证明能有效治疗阿尔茨海默病和帕金森病，GLP-1类药物可能产生巨大的全球经济影响。全球有超过5500万痴呆症患者，预计到2031年，GLP-1药物的全球市场将增至557亿美元。同样，这对社会也将有益，因为与照护和治疗这些患者相关的情感和经济成本将大幅下降。
在此过程中，监管批准仍然是一个障碍，因为需要长期的临床疗效数据。高昂的药物成本可能限制其可及性，这需要政策干预以提高可负担性。此外，必须进行审慎的安全性监测，特别是针对虚弱患者体重减轻的问题。随着高级别临床试验的持续进行，GLP-1类药物正因其在改善神经退行性疾病预后方面的潜力而被深入研究。虽然早期研究令人鼓舞，但未来的影响力将取决于新证据的强度以及科学界、监管机构和医疗界持续的协作。
（六）自主生化传感：实现实时洞察的集成生物传感器（Autonomous biochemical sensing：Wiring biological sensors for real-time insight）
自主生化传感器（Autonomous biochemical sensors）是一种分析设备，能够自主且持续地检测并量化特定的生化参数，例如用于患者个体化健康管理的疾病标志物，或用于环境管理的土壤或水中的化学变化。
它们通过定制的物理化学换能器（tailored physicochemical transducers）或生物基传感器（采用酶、抗体乃至工程化活细胞）来检测目标化学物质。这些传感器被设计为能够独立运行并报告结果，无需人工干预。它们利用无线通信和能量收集技术（通过自持电源，如生物燃料电池），以实现实时连续监测。由于这些传感器的数据可远程获取，它们适用于偏远或难以抵达区域的应用。这使得对人类健康状况乃至环境条件进行持续监测成为可能。
与众所周知的COVID-19检测等典型的单次使用传感器不同，自主生化传感面临的挑战在于：实现连续监测和电子数据捕获。这类技术限制使得自主生化传感器迄今仅限于非常特定的应用。目前最成功的例子是可穿戴葡萄糖传感器（wearable glucose sensor），它能实时测量葡萄糖浓度并与智能手机通信，由手机控制胰岛素泵（insulin pump）以稳定血糖（glucose）水平。投资开发和制造此类技术的最大公司包括雅培实验室（Abbott Laboratories）、罗氏（Roche）和杜邦（DuPont）。
由于材料科学、纳米技术、仿生学和无线技术的同频进步，自主生化传感技术正在兴起，以应对其他检测目标和应用场景。如，用于检测炎症标志物（inflammation markers）的可穿戴传感器中加入主动重置功能，使其能够进行连续监测而非单次使用。美国的Persperity Health公司正在开发用于连续监测女性荷尔蒙的可穿戴设备，以用于排卵追踪（ovulation tracking）、生育治疗（fertility treatments）和更年期护理（menopause care）。目前正在开发的是微生物全细胞生物传感器（microbial wholecell biosensors）—这类传感器利用微生物，当它们遇到要检测的目标物时，会产生或消耗某种酶，该酶即是其发出“检测到”信号的媒介。
对于改善许多需要持续监测特定健康状况的人们的生活，这些新兴技术具有巨大潜力。此外，可以用于食品安全和环境监测（特别是污染早期检测）的流程，能带来显著的社会和环境效益。
必须承认，许多传感器的使用寿命仍然较短，需要定期更换。然而，新一代传感器有望得到改进，从而降低成本。与传统的医疗或环境传感设备相比，微生物全细胞生物传感器面临额外的监管障碍和伦理挑战，因为它们属于基因工程改造的生物有机体，存在可能释放到环境中的风险。
（七）绿色固氮：重塑氨生产以迈向净零排放未来（Green nitrogen fixation：Reimagining ammonia production for a net-zero future）