全球科技在不斷的發(fā)展及進(jìn)步，人類的生活品質(zhì)也隨之得到了提高，了解世界十大新科技有利于我們開拓視野。

一、量子計(jì)算機(jī)

什么是量子計(jì)算機(jī)？ 是一類遵循量子力學(xué)規(guī)律進(jìn)行高速數(shù)學(xué)和邏輯運(yùn)算、存儲(chǔ)及處理量子信息的物理裝置。當(dāng)某個(gè)裝置處理和計(jì)算的是量子信息，運(yùn)行的是量子算法時(shí)，它就是量子計(jì)算機(jī)。量子計(jì)算機(jī)的概念源于對(duì)可逆計(jì)算機(jī)的研究。研究可逆計(jì)算機(jī)的目的是為了解決計(jì)算機(jī)中的能耗問題。

早在1920年，奧地利人埃爾溫·薛定諤、愛因斯坦、德國(guó)人海森伯格和狄拉克，共同創(chuàng)建了一個(gè)前所未有的新學(xué)科——量子力學(xué)。量子力學(xué)的誕生為人類未來的第四次工業(yè)革命打下了基礎(chǔ)。在它的基礎(chǔ)上人們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)新的技術(shù)，就是量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)的技術(shù)概念最早由理查德·費(fèi)曼提出，后經(jīng)過很多年的研究這一技術(shù)已初步見成效。2013年6月8日，由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉院士領(lǐng)銜的量子光學(xué)和量子信息團(tuán)隊(duì)首次成功實(shí)現(xiàn)了用量子計(jì)算機(jī)求解線性方程組的實(shí)驗(yàn)。相關(guān)成果發(fā)表在2013年6月7日出版的《物理評(píng)論快報(bào)》上，審稿人評(píng)價(jià)“實(shí)驗(yàn)工作新穎而且重要”，認(rèn)為“這個(gè)算法是量子信息技術(shù)最有前途的應(yīng)用之一。

實(shí)驗(yàn)的成功標(biāo)志著我國(guó)在光學(xué)量子計(jì)算領(lǐng)域保持著國(guó)際領(lǐng)先地位。2017年5月3日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉教授宣布，在光學(xué)體系，研究團(tuán)隊(duì)在2016年首次實(shí)現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的單光子量子計(jì)算機(jī)。

量子計(jì)算機(jī)原理：普通的數(shù)字計(jì)算機(jī)在0和1的二進(jìn)制系統(tǒng)上運(yùn)行，稱為“比特”（bit）。但量子計(jì)算機(jī)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)更為強(qiáng)大。它們可以在量子比特（qubit）上運(yùn)算，可以計(jì)算0和1之間的數(shù)值。假想一個(gè)放置在磁場(chǎng)中的原子，它像陀螺一樣旋轉(zhuǎn)，于是它的旋轉(zhuǎn)軸可以不是向上指就是向下指。所以，常識(shí)告訴我們：原子的旋轉(zhuǎn)可能向上也可能向下，但不可能同時(shí)都進(jìn)行。但在量子的奇異世界中，原子被描述為兩種狀態(tài)的總和，一個(gè)向上轉(zhuǎn)的原子和一個(gè)向下轉(zhuǎn)的原子的總和。在量子的奇妙世界中，每一種物體都被使用所有不可思議狀態(tài)的總和來描述。

2019年1月10日，IBM宣布推出世界上第一臺(tái)商用的集成量子計(jì)算系統(tǒng)。

中科院量子信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、本源量子計(jì)算公司創(chuàng)始人兼首席科學(xué)家郭國(guó)平郭國(guó)平認(rèn)為，量子是一門學(xué)科，一門科學(xué)，而不是玄學(xué)，它是對(duì)某種物理狀態(tài)的描述，所以量子這個(gè)詞不只特定出現(xiàn)在量子力學(xué)中。郭國(guó)平認(rèn)為，現(xiàn)在沒有真正意義上的量子計(jì)算機(jī)。在經(jīng)典計(jì)算機(jī)里面，我們大多數(shù)討論的是物理比特，但是真正的量子計(jì)算機(jī)實(shí)際上是邏輯比特。邏輯比特跟物理比特的差距就是，物理比特是會(huì)有錯(cuò)誤率的，比如說萬分之一，甚至是千分之一。用一個(gè)或多個(gè)物理比特編碼才能夠形成真正的比特，也就是邏輯比特。所以從這個(gè)概念來看，目前無論是國(guó)內(nèi)、國(guó)外，他們做的基本上還是停留在物理比特的階段，當(dāng)然現(xiàn)在已經(jīng)在嘗試邏輯比特。所以，我們說，現(xiàn)在還沒有真正的量子計(jì)算機(jī)。

量子器件不僅體積小，而且工作原理和現(xiàn)有的半導(dǎo)體電子器件完全不一樣。迄今為止，各種硅半導(dǎo)體電子器件都是通過控制電子的數(shù)目來實(shí)現(xiàn)信息處理的。例如，開關(guān)元件通過有無電子流來控制電路的通、斷，或表示狀態(tài)“1”或“0”；放大元件是控制所通過電子的多少來實(shí)現(xiàn)放大功能的?！∪欢?，量子器件不單純通過控制電子數(shù)量的變化，而主要是通過控制電子波動(dòng)的相位來進(jìn)行工作的，它能實(shí)現(xiàn)更高的響應(yīng)速度和更低的電力消耗。

因此，量子器件的出現(xiàn)，人們就有可能研制出比現(xiàn)有最小的電子器件還要小的、由單個(gè)電子構(gòu)成的元器件。據(jù)報(bào)道，美國(guó)威斯康星大學(xué)的材料科學(xué)家根據(jù)量子力學(xué)理論已制造出了一些可容納單個(gè)電子的被稱為“量子點(diǎn)”的微小結(jié)構(gòu)。這種量子點(diǎn)非常微小，在一個(gè)針尖上就可容納幾十億個(gè)。這將為制造更微型化的微處理器和更高容量的存儲(chǔ)器開拓了美好的前景。科學(xué)家認(rèn)為，量子力學(xué)的理論將會(huì)對(duì)整個(gè)電子工業(yè)產(chǎn)生重大的影響，就是產(chǎn)生量子計(jì)算機(jī)。

所謂量子計(jì)算機(jī)，是指建立在量子力學(xué)理論基礎(chǔ)上的計(jì)算機(jī)，它有兩個(gè)含義：一是指它所用的微處理器是一種量子器件；二是指它的計(jì)算過程將利用量子力學(xué)理論。量子計(jì)算機(jī)除了所用的器件同現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)不同外，其工作原理也不一樣，且可以快速完成復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)。如要對(duì)一個(gè)巨大的數(shù)進(jìn)行因子分解，使用現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)時(shí)，不僅需要完成大量的除法操作，且操作次數(shù)可迅速呈指數(shù)上升，而量子計(jì)算機(jī)卻可迅速完成這一工作。

二、液體活檢

液體活檢是什么？ 液體活檢作為體外診斷的一個(gè)分支,是指一種非侵入式的血液測(cè)試，它能監(jiān)測(cè)腫瘤或轉(zhuǎn)移灶釋放到血液的循環(huán)腫瘤細(xì)胞(CTC)和循環(huán)腫瘤DNA(ctDNA)碎片,是檢測(cè)腫瘤和癌癥、輔助治療的突破性技術(shù)。液體活檢中的“液體”以血液為主，也包括糞便、尿液、唾液以及其他體液樣品。

數(shù)據(jù)顯示，在我國(guó)癌癥篩查結(jié)果中，只有20%是早期，80%的癌癥往往查出來都是中晚期了，而這20%的癌癥早期還是體檢查出來的。眾所周知，癌癥越早發(fā)現(xiàn)、治愈率越高，但由于患者缺乏相應(yīng)的篩查手段，體檢得來的報(bào)告結(jié)果，其靈敏度和準(zhǔn)確度都相對(duì)較低?，F(xiàn)如今在美國(guó)，有一種被稱為液體活檢的檢測(cè)方法開始興起，尤其是為一些病人省去了手術(shù)活檢和穿刺活檢，因?yàn)檫@兩種活檢是長(zhǎng)期需要來指導(dǎo)病人癌癥治療的。

國(guó)內(nèi)也有一些生物公司在研發(fā)液體活檢技術(shù)：只需抽取6~8ml血，就能夠篩查是否患有6大常見癌癥（比如肺癌、胃癌、食管癌、肝癌、大腸癌、乳腺癌），準(zhǔn)確率超過80%，花費(fèi)大約2000～3000元。

液體活檢的優(yōu)勢(shì)：在于能解決精準(zhǔn)醫(yī)療的痛點(diǎn)，通過非侵入性取樣降低活檢危害,而且能夠有效延長(zhǎng)患者生存期，具有十分高的性價(jià)比。液體活檢技術(shù)主要包括：CTC 和ctDNA，及外泌體檢測(cè)。

基因突變是腫瘤產(chǎn)生發(fā)展的重要原因，幾乎所有癌癥患者都攜帶有DNA突變，這些突變只存在于腫瘤細(xì)胞而不是存在于正常細(xì)胞，因此為腫瘤組織的檢測(cè)與跟蹤提供了方便的特異性生物標(biāo)記。種類繁多的突變位點(diǎn)及基因型也為腫瘤的精確診療提供了必要的信息。

因此，液體活檢對(duì)于癌癥疾病的攻克是效果十分顯著的，同時(shí)還可以更加迅速地對(duì)癌細(xì)胞癥狀進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，具有多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)。

液體活檢的優(yōu)勢(shì)在于：一是副作用小，二是非侵入式。傳統(tǒng)的手術(shù)活檢和穿刺活檢由于其侵入式操作，往往帶有并發(fā)癥，腫瘤復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，液體活檢則僅僅是抽取一定量的血液，風(fēng)險(xiǎn)??；操作簡(jiǎn)便，無需影像學(xué)支持。傳統(tǒng)活檢依賴于影像學(xué)（CT、MRI、超聲波等）的發(fā)現(xiàn)，定位腫瘤的準(zhǔn)確位置和大小后進(jìn)行手術(shù)或者穿刺操作，操作性難，而液體活檢則不需要影像學(xué)支持，并且操作簡(jiǎn)便；

傳統(tǒng)活檢因其侵入式原因?qū)Σ∪梭w質(zhì)要求較高，一般病人一年內(nèi)最多做2-3次手術(shù)或穿刺，而部分重癥病人甚至不能做手術(shù)或穿刺，難以滿足檢測(cè)要求，液體活檢一般只需要5-10ml血液，因此支持重復(fù)多次取樣，能夠有效應(yīng)對(duì)腫瘤異質(zhì)性。

腫瘤異質(zhì)性是指患者不同部位腫瘤突變信息可能不同，甚至同一腫瘤內(nèi)也可能包含不同突變的腫瘤細(xì)胞，傳統(tǒng)活檢無法解決腫瘤異質(zhì)性問題，獲取的樣本所包含的腫瘤信息可能缺失，而無論是血液中的CTC還是ctDNA都可能包含不同突變腫瘤細(xì)胞的信息，有效應(yīng)對(duì)腫瘤異質(zhì)性；發(fā)現(xiàn)早于影像學(xué)檢測(cè)。研究表明腫瘤患病的早期血液中就已經(jīng)有CTC和ctDNA的出現(xiàn)，液體活檢對(duì)腫瘤的檢測(cè)可早于影像學(xué)發(fā)現(xiàn)，做到提前預(yù)測(cè)，且成本低。

三、人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃

人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃對(duì)于人類基因來說，是一個(gè)極其偉大的工程?！叭祟惣?xì)胞圖譜計(jì)劃“是一項(xiàng)大型國(guó)際合作項(xiàng)目： 根據(jù)獨(dú)特的分子信息（如基因表達(dá)）對(duì)所有人類細(xì)胞種類進(jìn)行定義，并將這些信息與傳統(tǒng)的細(xì)胞學(xué)表述（如位置和形態(tài)）相關(guān)聯(lián)。

人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃是一項(xiàng)大型國(guó)際合作項(xiàng)目，致力于建立一個(gè)健康人體所包含的所有細(xì)胞的參考圖譜，包括細(xì)胞類型、數(shù)目、位置、相互關(guān)聯(lián)與分子組分等。該計(jì)劃是通過全世界范圍內(nèi)優(yōu)秀的生物學(xué)家、技術(shù)專家、病理學(xué)家、內(nèi)科醫(yī)生、外科醫(yī)生、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、統(tǒng)計(jì)學(xué)家等共同討論提出的具有劃時(shí)代意義的國(guó)際合作項(xiàng)目。

實(shí)際上，人類細(xì)胞圖譜必須包含一個(gè)綜合性參考目錄，基于所有人類細(xì)胞的穩(wěn)定屬性和瞬態(tài)特征，以及它們的位置和豐度。而一個(gè)圖譜亦不僅僅只是一份目錄：它能夠顯示這些要素之間的關(guān)系，并有時(shí)能夠據(jù)此揭示功能性進(jìn)程。

要想做到有用，一份圖譜必須是抽象化的：綜合性地體現(xiàn)出某些特性，而忽略其他。此外，一份圖譜還必須提供一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)中的概念可以在不同水平上都通用。在任何分辨率下都可以了解概念特征，高維信息則能夠被化繁為簡(jiǎn)。

此，一個(gè)關(guān)鍵性問題是人類細(xì)胞圖譜如何做到提煉主要特征，提供坐標(biāo)并展現(xiàn)它們之間的關(guān)聯(lián)。一個(gè)自然的解決方案是：通過定義一系列分子標(biāo)志物來描述每個(gè)人類細(xì)胞。除了描述編碼人類蛋白的基因的表達(dá)狀況外，分子標(biāo)志物的集合還將包括非編碼基因的表達(dá)水平、轉(zhuǎn)錄本可變剪接的水平，每個(gè)啟動(dòng)子和增強(qiáng)子的染色質(zhì)狀態(tài)，以及每個(gè)蛋白和它們的的翻譯后修飾狀態(tài)的水平等。所需收集信息的最佳量級(jí)和種類是由技術(shù)可行性和每個(gè)層次的生物學(xué)視點(diǎn)所決定的。如今，獲取具體到每個(gè)細(xì)胞每個(gè)基因表達(dá)水平的信息已經(jīng)可以通過高通量來實(shí)現(xiàn)。

從某些方面來說，人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃（基本單位是單個(gè)細(xì)胞）和人類基因組計(jì)劃（基本單位是單個(gè)基因）非常相似。二者均致力于創(chuàng)建生物學(xué)的“元素周期表”，綜合性地羅列兩個(gè)人類生命中關(guān)鍵性的“原子”單位（細(xì)胞和基因），并由此為生物學(xué)研究和醫(yī)學(xué)應(yīng)用打造重要基礎(chǔ)。而二者不同之處在于，由于人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃獨(dú)特的細(xì)胞生物學(xué)方向，它需要特殊的實(shí)驗(yàn)工具、分子和細(xì)胞學(xué)描述符的選擇，以及通向終點(diǎn)途中的大量挑戰(zhàn)。

理想的人類細(xì)胞圖譜計(jì)劃應(yīng)當(dāng)包括不同領(lǐng)域中所有可能的標(biāo)志物：1）一個(gè)人體中的所有細(xì)胞；2）每個(gè)細(xì)胞的空間位置；3）一個(gè)人類生命中每一刻的每個(gè)細(xì)胞；4）每個(gè)人類的細(xì)胞圖譜的疊加，根據(jù)不同健康狀態(tài)、基因型、生活方式和外界環(huán)境加以注釋。

四、從陽光中收集液態(tài)燃料

哈佛大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)一款新型鈷-磷催化劑，能夠利用太陽能，將水分子分解成氫氣和氧氣，隨后這些氫將二氧化碳轉(zhuǎn)化成有機(jī)物。在這樣一個(gè)封閉系統(tǒng)中，燃燒釋放的二氧化碳將重新被轉(zhuǎn)化成燃料，而不是被排放到大氣中。這項(xiàng)技術(shù)或?qū)?huì)給太陽能和風(fēng)能行業(yè)帶來革命性的影響。

五、基因疫苗

基因疫苗，指的是DNA疫苗，即將編碼外源性抗原的基因插入到含真核表達(dá)系統(tǒng)的質(zhì)粒上，然后將質(zhì)粒直接導(dǎo)入人或動(dòng)物體內(nèi)，讓其在宿主細(xì)胞中表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答。抗原基因在一定時(shí)限內(nèi)的持續(xù)表達(dá)，不斷刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，使之達(dá)到防病的目的。

基因疫苗的操作簡(jiǎn)單，最重要的就是價(jià)格便宜，它能夠有效且快速地適應(yīng)病原體突變問題，讓人體細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)的抗體，在發(fā)生疫情的時(shí)候會(huì)有很大的幫助。

相比于在細(xì)胞培養(yǎng)物或SPF雞蛋中生產(chǎn)的傳統(tǒng)蛋白疫苗，基因疫苗制作起來也十分簡(jiǎn)單、且廉價(jià)。通過這種方法制得的疫苗能夠快速適應(yīng)病原體突變?；蛞呙绲淖罱K目標(biāo)是：科學(xué)家找出能夠抵抗病原體的人群、純化能夠?yàn)槿祟愄峁┍Ｗo(hù)的抗體，然后，設(shè)計(jì)出基因序列，誘導(dǎo)人體細(xì)胞產(chǎn)生這種抗體。

基因疫苗優(yōu)點(diǎn)：

基因疫苗不僅可以產(chǎn)生體液免疫應(yīng)答，而且可以導(dǎo)致細(xì)胞毒T淋巴細(xì)胞激活而誘導(dǎo)細(xì)胞免疫，而傳統(tǒng)的疫苗只有活苗可誘導(dǎo)細(xì)胞免疫，但存在活疫苗的毒力回升的危險(xiǎn)。

基因疫苗可以將編碼外源性抗原的基因插入到含真核表達(dá)系統(tǒng)的質(zhì)粒上，然后將質(zhì)粒直接導(dǎo)入人或動(dòng)物體內(nèi)，讓其在宿主細(xì)胞中表達(dá)抗原蛋白，誘導(dǎo)機(jī)體產(chǎn)生免疫應(yīng)答?？乖蛟谝欢〞r(shí)限內(nèi)的持續(xù)表達(dá)，不斷刺激機(jī)體免疫系統(tǒng)，使之達(dá)到防病的目的。

基因疫苗存在的問題：

質(zhì)粒DNA一般不會(huì)整合到宿主細(xì)胞的基因組上，目前也未發(fā)現(xiàn)插入突變的證據(jù)。但不能完全排除少數(shù)質(zhì)粒DNA插入到染色體上引起突變的可能性。一旦整合到基因組中就可能使細(xì)胞癌基因激活或抑癌基因失活。

基因疫苗的免疫效率很難達(dá)到百分之百的免疫保護(hù)，且存在明顯的種屬個(gè)體差異，這或與不同動(dòng)物細(xì)胞需要不同啟動(dòng)子、抗原基因、給藥方法途徑、給藥量等有關(guān)。

六、深度學(xué)習(xí)與機(jī)器視覺

深度學(xué)習(xí)適用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，對(duì)于圖像識(shí)別能力的幫助是非常顯著的，甚至可以超過人類大腦；機(jī)器人視覺則被應(yīng)用到多個(gè)領(lǐng)域之中，比如農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)駕駛以及醫(yī)學(xué)診斷等等。

深度學(xué)習(xí)的概念來源于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究。含多隱層的多層感知器就是一種深度學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)。深度學(xué)習(xí)通過組合低層特征形成更加抽象的高層表示屬性類別或特征，以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分布式特征表示。

深度學(xué)習(xí)的概念：是由Hinton等人于2006年提出?；谏钚哦染W(wǎng)(DBN)提出非監(jiān)督貪心逐層訓(xùn)練算法，為解決深層結(jié)構(gòu)相關(guān)的優(yōu)化難題帶來希望，隨后提出多層自動(dòng)編碼器深層結(jié)構(gòu)。另外，Lecun等人提出的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是第一個(gè)真正多層結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)算法，它利用空間相對(duì)關(guān)系減少參數(shù)數(shù)目以提高訓(xùn)練性能。

深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)研究中的一個(gè)新的領(lǐng)域，它的動(dòng)機(jī)在于：建立、模擬人腦進(jìn)行分析學(xué)習(xí)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，它模仿人腦的機(jī)制來解釋數(shù)據(jù)，例如圖像，聲音和文本。

值得一提的是，深度機(jī)器學(xué)習(xí)方法也有監(jiān)督學(xué)習(xí)與無監(jiān)督學(xué)習(xí)之分.不同的學(xué)習(xí)框架下建立的學(xué)習(xí)模型很是不同，比如卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就是一種深度的監(jiān)督學(xué)習(xí)下的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，而深度置信網(wǎng)就是一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)下的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。

那些需要使用深度學(xué)習(xí)來最終解決的問題有如下的特征:

深度不足會(huì)出現(xiàn)問題。

人腦具有一個(gè)深度結(jié)構(gòu)。

認(rèn)知過程逐層進(jìn)行，逐步抽象。

機(jī)器視覺，是人工智能的一個(gè)分支。簡(jiǎn)單說來，機(jī)器視覺就是用機(jī)器代替人眼來做測(cè)量和判斷。機(jī)器視覺系統(tǒng)是通過機(jī)器視覺產(chǎn)品，將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專用的圖像處理系統(tǒng)，得到被攝目標(biāo)的形態(tài)信息，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào);圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。

機(jī)器視覺的研究是從20世紀(jì)60年代中期美國(guó)學(xué)者L.R.羅伯茲關(guān)于理解多面體組成的積木世界研究開始的。當(dāng)時(shí)運(yùn)用的預(yù)處理、邊緣檢測(cè)、輪廓線構(gòu)成、對(duì)象建模、匹配等技術(shù)，后來，一直在機(jī)器視覺中應(yīng)用。

機(jī)器視覺實(shí)際上是一項(xiàng)綜合技術(shù)，其中包括圖像處理、機(jī)械工程技術(shù)、控制、電光源照明、光學(xué)成像、傳感器、模擬與數(shù)字頻技術(shù)、計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)(包括圖像增強(qiáng)和分析算法、圖像卡、 I/O卡等)。一個(gè)典型的機(jī)器視覺應(yīng)用系統(tǒng)包括圖像捕捉、光源系統(tǒng)、圖像數(shù)字化模塊、數(shù)字圖像處理模塊、智能判斷決策模塊和機(jī)械控制執(zhí)行模塊。

機(jī)器視覺系統(tǒng)最重要特點(diǎn)：就是提高生產(chǎn)的靈活性和自動(dòng)化程度。特別是在一些不適于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或者人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺。同時(shí)，在大批量重復(fù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中，采用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)的效率和自動(dòng)化程度。

中國(guó)已成為世界機(jī)器視覺發(fā)展最活躍的地區(qū)之一，機(jī)器視覺應(yīng)用范圍涵蓋了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥、軍事、航天、氣象、天文、公安、交通、安全、科研等國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)行業(yè)。一個(gè)重要原因是中國(guó)已經(jīng)成為全球制造業(yè)的加工中心，高要求的零部件加工及其相應(yīng)的先進(jìn)生產(chǎn)線，使許多具有國(guó)際先進(jìn)水平的機(jī)器視覺系統(tǒng)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)也進(jìn)入了中國(guó)。

早在2010年，中國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)迎來了爆發(fā)式增長(zhǎng)。數(shù)據(jù)顯示當(dāng)年，中國(guó)機(jī)器視覺市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到8.3億元，同比增長(zhǎng)48.2%，其中智能相機(jī)、軟件、光源和板卡的增長(zhǎng)幅度都達(dá)到了50%，工業(yè)相機(jī)和鏡頭也保持了40%以上的增幅。

機(jī)器視覺系統(tǒng)的特點(diǎn)是提高生產(chǎn)的柔性和自動(dòng)化程度。在一些不視覺系統(tǒng)工作原理簡(jiǎn)圖適合于人工作業(yè)的危險(xiǎn)工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場(chǎng)合，常用機(jī)器視覺來替代人工視覺；同時(shí)在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機(jī)器視覺檢測(cè)方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動(dòng)化程度。重要的是，機(jī)器視覺比較容易于實(shí)現(xiàn)信息集成，是實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成制造的基礎(chǔ)技術(shù)。

一個(gè)典型的工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)包括：光源、鏡頭（其中包括定焦鏡頭、變倍鏡頭、遠(yuǎn)心鏡頭、顯微鏡頭）、 相機(jī)（其中包括CCD相機(jī)和COMS相機(jī)）、圖像處理單元（或圖像捕獲卡）、圖像處理軟件、監(jiān)視器、通訊 / 輸入輸出單元等。

七、從空氣中收集凈水

空氣中收集凈水，這項(xiàng)科技對(duì)于缺少水資源的國(guó)家地區(qū)來說會(huì)有很大的幫助，而且不需要耗費(fèi)過多的資源，最大的要求就是需要在空氣濕度低至20%的環(huán)境之下才能夠進(jìn)行這樣的工作。

地球資源面臨著匱乏的重大生存問題，疊加人類活動(dòng)使其超負(fù)荷，出現(xiàn)能源危機(jī)已經(jīng)不是危言聳聽。因此，人類發(fā)明出了一種特殊“燃料”，對(duì)于太陽能和風(fēng)能行業(yè)將會(huì)帶來巨大的影響。

比如科學(xué)家已經(jīng)能夠從空氣中收集凈水，但現(xiàn)有的技術(shù)是，需要耗費(fèi)大量的電力，并且只有在濕度較高時(shí)才能實(shí)現(xiàn)。而目前，情況正在發(fā)生了重要改變。比如來自MIT和加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)通過一類新型多孔晶體——金屬有機(jī)骨架，能夠在空氣濕度低至20%的環(huán)境下成功收集凈水，重要的是，這一過程完全不需消耗能量。

再比如，美國(guó)一家位于亞利桑那州的初創(chuàng)企業(yè)Zero Mass Water，可以通過離網(wǎng)型太陽能系統(tǒng)，每天可以生產(chǎn)2.5升水。

八、可持續(xù)型社區(qū)

可持續(xù)型社區(qū)是一種現(xiàn)代高科技環(huán)保社區(qū)，人類居住在這樣的環(huán)境之中，可以更加合理的利用水資源和電力。

什么是可持續(xù)型社區(qū)？ 是指在人口、資源、環(huán)境等方面綜合平衡發(fā)展的某一人文地理區(qū)位。比如能將綠色建筑理念一次性應(yīng)用到大規(guī)模的建筑過程中，它將可能為能量、水資源的消耗帶來一場(chǎng)革命。

美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家之前正計(jì)劃通過智能微電網(wǎng)，將本地產(chǎn)生的太陽能用于建筑的電力供應(yīng)，最終將減少一半的電力消耗，并將碳排放降至0。同時(shí)，他們還計(jì)劃重新設(shè)計(jì)建筑的排水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廁所和下水道中水資源的就地循環(huán)利用，同時(shí)雨水也將被收集利用，這些重要的舉措將會(huì)使飲用水的需求量下降70%。

可見，可持續(xù)型社區(qū)倡導(dǎo)的是“人與自然共生”的和諧思想，倡導(dǎo)生態(tài)化生態(tài)循環(huán)發(fā)展空間思維，可持續(xù)型社區(qū)包含“環(huán)境永續(xù)化、社會(huì)永續(xù)化、經(jīng)濟(jì)永續(xù)化”三維理念。具有“適當(dāng)?shù)牡赜蚍秶c人口規(guī)模，具備共同的生態(tài)文化意識(shí)，成為環(huán)境宜人、社會(huì)和諧與經(jīng)濟(jì)高效的生態(tài)化發(fā)展”的居住區(qū)。

可持續(xù)型社區(qū)重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)社區(qū)的歸屬感與場(chǎng)所感，十分注重人與人之間的空間聯(lián)系，大力追求社區(qū)空間環(huán)境的生態(tài)永續(xù)性，可持 續(xù)性社區(qū)的特色主要表現(xiàn)為強(qiáng)烈的歸屬感、標(biāo)志性建筑、歷史文化傳統(tǒng)的延續(xù)、社區(qū)公正參與意識(shí)、與自然共生協(xié)調(diào)、步行可達(dá)空間鄰里尺度、集約型的土地利用、 多樣性的住宅以及低碳、節(jié)能技術(shù)應(yīng)用等。

可持續(xù)型社區(qū)尤其強(qiáng)調(diào)滿足現(xiàn)有和未來居民、其子孫和其他使用者的各類需求，促進(jìn)生活品質(zhì)的提高，并能夠提供機(jī)會(huì)和選擇，其居民能夠以有效合理利用自然資源，提升社區(qū)空間環(huán)境，促進(jìn)社區(qū)意識(shí)及社區(qū)規(guī)劃，以及加強(qiáng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)繁榮等方法來實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

九、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，又稱為精確農(nóng)業(yè)或精細(xì)農(nóng)作，其發(fā)源于美國(guó)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是以信息技術(shù)為支撐，根據(jù)空間變異，定位、定時(shí)、定量地實(shí)施一整套現(xiàn)代化農(nóng)事操作與管理的系統(tǒng)，是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種新型農(nóng)業(yè)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是近年出現(xiàn)的專門用于大田作物種植的綜合集成的高科技農(nóng)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)。因而，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)科技發(fā)展的前沿，是科技含量最高、集成綜合性最強(qiáng)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理技術(shù)之一。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)對(duì)于農(nóng)民來說是一項(xiàng)十分偉大的發(fā)展，能夠更好地去提高農(nóng)作物的產(chǎn)量甚至是質(zhì)量，且還能夠減少用水量，避免農(nóng)藥過度使用。

用大白話來說，精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的理念就是需要多少給多少，需要什么給什么。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的具體含義就是按照農(nóng)業(yè)操作每一單元的具體條件，精細(xì)準(zhǔn)確地調(diào)整各項(xiàng)農(nóng)業(yè)管理措施，在每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)最大限度地優(yōu)化各項(xiàng)農(nóng)業(yè)投入，以獲取最大經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)由十個(gè)系統(tǒng)組成：全球定位系統(tǒng)、農(nóng)田信息采集系統(tǒng)、農(nóng)田遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、農(nóng)田地理信息系統(tǒng)、農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、智能化農(nóng)機(jī)具系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、系統(tǒng)集成、網(wǎng)絡(luò)化管理系統(tǒng)和培訓(xùn)系統(tǒng)。

1、全球定位系統(tǒng)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)之前廣泛采用了GPS系統(tǒng)用于信息獲取和實(shí)時(shí)的準(zhǔn)確定位。為了提高精度廣泛采用了 DGPS(Differential Global Positioning System)技術(shù)，即所謂"差分校正全球衛(wèi)星定位技術(shù)"。它的特點(diǎn)是定位精度高，根據(jù)不同的目的可自由選擇不同精度的GPS系統(tǒng)。

2、地理信息系統(tǒng)GIS：精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)離不開 GIS(Geographical Information System)的技術(shù)支持，它是構(gòu)成農(nóng)作物精準(zhǔn)管理空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)的有力工具，田間信息通過GIS系統(tǒng)予以表達(dá)和處理，是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)實(shí)施的非常重要步驟。

3、遙感系統(tǒng) RS：遙感技術(shù)(Remote Sensing)是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)田間信息獲取的關(guān)鍵技術(shù)，為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)提供農(nóng)田小區(qū)內(nèi)作物生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)狀況和空間變異信息的技術(shù)要求。

4、作物生產(chǎn)管理專家決策系統(tǒng)：其核心內(nèi)容是用于提供作物生長(zhǎng)過程模擬、投入產(chǎn)出分析與模擬的模型庫(kù);支持作物生產(chǎn)管理的數(shù)據(jù)資源的數(shù)據(jù)庫(kù);作物生產(chǎn)管理知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的集合知識(shí)庫(kù);基于數(shù)據(jù)、模型、知識(shí)庫(kù)的推理程序;人機(jī)交互界面程序等。

5、田間肥力、墑情、苗情、雜草及病蟲害監(jiān)測(cè)及信息采集處理技術(shù)設(shè)備。

6、帶GPS系統(tǒng)的智能化農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備技術(shù)：比如帶產(chǎn)量傳感器及小區(qū)產(chǎn)量生成圖的收獲機(jī)械;自動(dòng)控制精密播種、施肥、灑藥機(jī)械等等。

精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)其核心是建立一個(gè)完善的農(nóng)田地理信息系統(tǒng)(GIS)，可以說是信息技術(shù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全面結(jié)合的一種新型農(nóng)業(yè)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)并不過分強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)，而主要強(qiáng)調(diào)效益。它將農(nóng)業(yè)帶入數(shù)字和信息時(shí)代，是21世紀(jì)農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。

傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展在很大程度上依賴于生物遺傳育種技術(shù)，以及化肥、農(nóng)藥、礦物能源、機(jī)械動(dòng)力等投入的大量增加而實(shí)現(xiàn)。由于化學(xué)物質(zhì)的過量投入引起生態(tài)環(huán)境和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降，高能耗的管理方式導(dǎo)致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益低下，資源日顯短缺，在農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的時(shí)代，這種管理模式無疑已不能適應(yīng)農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展的需要。

美國(guó)是全球最早提出并實(shí)踐精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的國(guó)家，代表著這一領(lǐng)域最先進(jìn)的發(fā)展水平。美國(guó)大約有200多萬個(gè)農(nóng)場(chǎng)，其中有60%-70%采用了精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)。精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)主要應(yīng)用于美國(guó)中西部大豆、小麥、玉米和部分經(jīng)濟(jì)作物。

以色列同樣是精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的代表，擁有發(fā)達(dá)的溫室技術(shù)與節(jié)水灌溉。比如在20世紀(jì)70年代之前，以色列農(nóng)產(chǎn)品大量依靠進(jìn)口，后來，以色列依據(jù)本國(guó)的自然資源條件，調(diào)整了農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，減少了對(duì)土地資源要求高的糧食作物種植，積極發(fā)展溫室技術(shù)，改種產(chǎn)值高的花卉、蔬菜及水果，大大改善了其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)狀況。以色列的溫室技術(shù)從20世紀(jì)70年代至今，已經(jīng)完全實(shí)現(xiàn)了智能化與自動(dòng)化，一個(gè)溫室大約4000㎡，從播種開始到收獲，全過程電腦控制，幾乎不需要人力，而且將滴灌技術(shù)引入溫室系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了花卉、蔬菜等農(nóng)作物的產(chǎn)量。

十、廉價(jià)的氫能汽車催化劑

無污染的氫燃料電池技術(shù)，就是廉價(jià)的氫能汽車催化劑，對(duì)于能源汽車領(lǐng)域來說，這無疑是一項(xiàng)偉大的發(fā)明。

丹麥科學(xué)家曾經(jīng)開發(fā)了一種廉價(jià)新型催化劑。讓氫能汽車發(fā)展駛?cè)肟燔嚨??；驅(qū)?huì)對(duì)汽車行業(yè)產(chǎn)生重要十分影響，它的相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《自然材料》雜志上。

世界上，氫動(dòng)力汽車畢竟還很少，其原因全都與催化劑的成本有關(guān)，由于催化劑的生產(chǎn)需要鉑，因此，在普通汽車中使用大約五克這種昂貴的金屬材料，那么在環(huán)保型氫發(fā)動(dòng)機(jī)中，要高出十倍的成本。

哥本哈根大學(xué)的化學(xué)家開發(fā)了一種廉價(jià)的鉑金催化劑，且新催化劑不含碳。研究人員使用具有大表面積和高強(qiáng)度的納米線網(wǎng)絡(luò)代替了納米粒子，因此，這種新型催化劑可以使每克鉑產(chǎn)生更多的馬力。

研究負(fù)責(zé)人、化學(xué)教授馬蒂亞斯·阿倫茨(Matthias Arenz)曾經(jīng)說：“我們的催化劑僅需要現(xiàn)代汽車氫燃料電池中常用鉑金的一小部分。鉑金是常規(guī)汽車所必需的，但我們的新型催化劑比當(dāng)今氫能汽車所用的催化劑穩(wěn)定得多?！?/p>

研究人員表示：有了這一突破，氫燃料汽車將變得司空見慣，這使它們更便宜，更環(huán)保，更耐用。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)科研人員研制的一種新型催化劑攻克了氫燃料電池汽車(氫能汽車)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵難題，使氫燃料電池汽車即使在寒冬也能正常啟動(dòng)。該催化劑解除了氫燃料電池一氧化碳“中毒休克”危機(jī)，延長(zhǎng)了電池壽命，拓寬了電池使用溫度環(huán)境，該研究成果日前在線發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然》上（來自于中化新網(wǎng)訊）。

該新型催化劑由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授路軍嶺、韋世強(qiáng)和楊金龍等課題組合作開發(fā)。該聯(lián)合團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種原子級(jí)分散于鉑表面的氫氧化鐵新型催化劑，該催化劑能夠在-75℃~107℃溫度條件下100%選擇性地高效去除氫燃料中的微量一氧化碳。因此，該新型催化材料可以為氫燃料電池在頻繁冷啟動(dòng)(即使在約-75℃的極寒條件下)和連續(xù)運(yùn)行期間提供全時(shí)保護(hù)，避免氫燃料電池一氧化碳中毒。

“這一成果可能會(huì)大大加速氫燃料電池汽車時(shí)代的到來。”路教授曾經(jīng)介紹說，“我們的最終目標(biāo)是開發(fā)一種廉價(jià)的，具有高活性、高選擇性的一氧化碳優(yōu)先氧化催化劑，既可以提供機(jī)載燃料電池的全時(shí)保護(hù)，也可以為工廠高純氫氣制備提供有效手段?！?/p>

所謂十大新科技是《科學(xué)美國(guó)人》與世界經(jīng)濟(jì)論壇在2017夏季達(dá)沃斯論壇期間聯(lián)合發(fā)布了2017年全球十大新興技術(shù)。這份榜單由《科學(xué)美國(guó)人》雜志、《科學(xué)美國(guó)人》全球顧問委員會(huì)、世界經(jīng)濟(jì)論壇全球?qū)＜揖W(wǎng)絡(luò)、世界未來委員會(huì)共同選出，涵蓋了在醫(yī)療、計(jì)算機(jī)、環(huán)保等領(lǐng)域的最新技術(shù)，它們?cè)谔岣呱钯|(zhì)量、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、保護(hù)地球環(huán)境等方面具有無限潛能。