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驱动工业革命4.0的三驾马车

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供稿:中国工控网 2016/6/15 11:33:34

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  哪些技术将成为第四次工业革命的发展动力呢?基于世界经济论坛所做的研究和论坛全球议程理事会的工作成果,甄选出了一些值得关注的关键技术。

  所有的新进展和新技术都有一个重要特点:它们很善于利用数字化和信息技术无所不在的力量。本章提及的所有创新成果,无一不是借数字之力得以实现和发展的。例如,倘若没有计算能力和数据分析的进步,基因测序就不可能成为现实。同理,要是没有人工智能,高级机器人就无从谈起,而人工智能本身也高度依赖计算能力。

  为明确这些大趋势,全面反映第四次工业革命背后的技术驱动力,我将这些技术归为三类:物理类、数字类和生物类。这三个门类相辅相成,各项技术均可从彼此的发明和进步中受益。

  无人驾驶交通工具、3D打印、高级机器人和新材料

  物理方面的技术大趋势主要表现在如下4 个方面。

  无人驾驶交通工具

  无人驾驶汽车一直是媒体报道的热点话题,但现在人们还开发出很多其他类型的无人驾驶交通工具,包括卡车、无人机、飞行器和船只。随着传感器和人工智能等技术的进步,所有这些无人驾驶设备的性能将迅速提高,能够感知、对环境做出响应(变更飞行路线以避免发生碰撞),它们将能胜任电缆检查和战地医疗、物资运输等任务。再比如,在农业领域,用户通过使用无人机,再结合数据分析,便能更加精准、高效地进行施肥和灌溉。

  3D打印

  3D打印又名增材制造,根据数字3D 图像或模型,一层一层地打印出实物。这一技术已广泛应用于生产各类产品,大到风电机,小到医学植入材料。未来3D 打印的应用范围将变得更加广阔,比如用于制作电路板等集成电子元件,甚至是人体细胞和器官。事实上,研究人员已开始研究4D (四维)打印,这一工艺将创造出可自我调整的新一代产品,能够适应温度和湿度等环境因素的改变。这一技术可用于生产服装、鞋以及医疗卫生相关产品,比如可适应人体个体差异的植入材料。

  高级机器人

  机器人技术的快速进步,将使人机协作很快成为司空见惯的事。此外,随着其他技术的进步,机器人的适应性和灵活性也会得到进一步提高,它们在结构和功能设计方面从复杂的生物结构中获取灵感(仿生学工艺的扩展,即对自然世界中的模式和手段进行模仿)。

  新材料

  不少新材料很快都将投放市场,这些新材料具有几年前人们无法想象的属性。总的来说,新材料质量更轻、硬度更大,其可回收性以及适应性也更强。例如,现已投入使用的一些智能材料可以自我修复、自我清洁;一些金属具备记忆,可以恢复到原来的形状;有些陶瓷和水晶可以将压力转化为能源。

  有些新材料有望在缓解人类所面临的全球性危机中发挥重要作用。例如,对于一些过去普遍认为无法回收却又广泛用于生产手机、电路板乃至航空部件的材料而言,热固性树脂的创新有望实现这些材料的回收利用。

  物联网

  物联网是借助互联技术和各类平台,在物(包括产品、服务与地点等)与人之间建立起来的一种关系,是第四次工业革命中联结物理应用与数字应用的重要桥梁和纽带。

  传感器以及其他可将物理世界中的物品与虚拟网络接连起来的各种方式,正在以惊人的速度传播开来。我们的住房、服饰、城市、交通、能源网络以及生产制造过程都可以安装上体积更小、成本更低、更为智能的传感器。这一过程会给各行各业带来革命性影响,不管是制造业、基础设施行业还是医疗卫生,所有行业概莫能外。

  以在物联网中广泛应用的远程监控为例。如今,所有包裹、货盘、集装箱都可以安装传感器——信号发射器或射频识别标签,有了它们,企业便可以对物品在供应链中的移动情况进行追踪,包括追踪其实际性能和使用情况等信息。

  数字革命正在彻底改变个人与机构之间的互动与协作方式。比如,常被称作“已分配分类账”的区块链就是一种十分安全的交易协议。在区块链中,任何交易在获得记录与批准之前,都必须先由一组电脑进行集体核查。区块链采用的技术无须寻找保管人或中央分类账等中立部门作为中介,通过促成互不认识(没有信任基础)的人进行协作,从而建立信用。从本质而言,区块链是一种可共享、可编程、安全、可信的分类账,任何单一用户都无法控制它,但是所有人都能监督它。区块链技术最为知名的应用当属比特币,但这一技术很快将衍生出无数其他应用。区块链技术现在可记录比特币等数字货币的财务交易,未来将能为各类事物提供登记服务,包括出生证明、死亡证明、所有权证明、结婚证、学历证明、保险权益证明、医疗程序和投票等。

  在更广泛的范围内,凭借技术支持,各类平台使得如今所说的共享经济(也称按需经济)成为可能。在智能手机上就可以轻松使用这些平台,将人员、资产和数据汇集到一起,创造出全新的商品和服务消费方式。它们降低了企业和个人创造财富的门槛,也改变了个人环境和职业环境。

  优步公司的模式反映了此类技术平台拥有强大的颠覆力。这些平台类企业正在快速成倍地增长,提供洗衣、购物、家务、停车、民宿、长途拼车等各种服务。它们有一个共同点:用十分便捷(低成本)的方式对供需进行匹配,向消费者提供多样化的产品,允许双方互动并给出回馈,这些平台通过这些方式建立信任。

  共享经济给我们提出了一个根本性问题:究竟什么是值得拥有的,是平台还是平台背后的资产?全球最大的出租车公司优步没有一辆车,最受欢迎的社交媒体公司facebook (脸谱网)不制作任何内容,最有价值的零售商阿里巴巴没有任何存货,最大的住宿提供商airbnb 名下没有任何房产。在个人或组织共用资产或提供服务的过程中,数字平台极大地减少了交易成本和摩擦成本。

  生物基因工程

  生物领域尤其是基因方面的创新同样令人叹为观止。

  过去,“人类基因组项目”花了10年以上的时间才完成,耗资高达27亿美元。今天,一个基因组的排序仅需数小时便可完成,花费不超过1000美元。随着计算能力的提高,科学家们再也不需要反复试错,他们可以直接测试特定的基因变异会引起哪些症状和疾病。

  下一步是合成生物学的发展。通过编写DNA(脱氧核糖核酸),合成生物学将赋予我们定制有机体的能力。这些技术进步不论是对医药、农业还是生物燃料的生产,都将产生深远而直接的影响。

  包括心脏病和癌症在内的许多医学难题都有基因的因素,因此,如果我们能以高效、低成本的方式确定一个人的基因构成(将测序设备用到常规诊断之中),就会彻底变革个性化医疗和治疗效果。

  事实上,基因编辑技术可应用于一切类型的细胞,可帮助人们创造出转基因动植物,改良成年有机体(包括人类)的细胞。这门科学发展非常快,限制其应用的并非是技术,而是法律、监管和伦理方面的阻力。该技术可以用于改良动物基因,以降低饲养成本或更好地适应当地条件,还可以培育出能耐受极端温度或干旱的粮食作物。

  不同技术之间会相互融合、相互促进。未来,3D制造将会与基因编辑相结合,用于制造活体组织,以实现组织的修复和再生。我们将这一工艺称为生物打印,该技术已经用于制作皮肤、骨骼、心脏和心血管组织。最终,打印出来的肝细胞层将用于制作移植器官。

  我们正在开发将设备植入人体的新方法,以监测我们的活动水平和血液化学值,了解这些因素与我们的身体健康、精神健康以及工作效率之间存在怎样的关联。此外,我们对人脑功能的认知也有了极大的提高,在神经技术领域取得了鼓舞人心的进展。

  如今,在可存活胚胎内精准操纵人类基因组比过去要容易很多。这也就意味着,未来很可能诞生一些人为设计出来的婴儿,他们拥有某些特质或者对某些疾病有免疫力。不用说,人们正就这些技术带来的机遇和挑战进行讨论。值得一提的是,2015 年12 月,美国国家科学院和国家医学院、中国科学院、英国皇家学会共同召开了一场“人类基因编辑国际峰会”。面对即将成为现实的基因技术,我们虽然已经有了一些思考,但究竟该如何应对最新基因技术所带来的现实和后果,我们仍未做好准备。这些技术给社会、医学、伦理和心理带来了巨大的挑战,需要我们着手应对,至少应予以充分讨论。

  创新的活力

  创新是一个复杂的社会过程,我们不能认为创新是理所当然的。因此,尽管这部分着重介绍了一系列有望改变世界的技术进步,我们仍要注意确保此类进步能够继续推进,并引导其朝着最佳结果发展。

  人们往往认为,学术机构是探索前沿理念的主要阵地。然而,新的证据表明,受职业激励机制和资金条件所限,如今的大学更偏重渐进式的保守研究,而不是大胆的创新项目。

  要破除学术研究上的保守主义,鼓励更多的商业性研究不失为一剂良方。然而,这么做也会带来挑战。2015 年,优步技术公司雇用了卡内基–梅隆大学的40 名研究人员和科学家,抽走了学校实验室相当大比重的人力,这不仅冲击了学校的研究能力,也给学校履行与美国国防部和其他机构签订的合同带来了巨大的压力。

  如果想在学界和商界鼓励开拓性的基础研究和创新型的技术改革,政府就应该投入更多资金资助一些目标远大的研究项目。同样,公私部门在合作开展研究时,也应更关注培养能够造福整体人类的知识与研究力量。

  技术引爆点

  笼统讨论这些大趋势会让人感觉很抽象,但是这些趋势已经催生出非常实用的应用和发展成果。

  2015年9月,世界经济论坛发布了一份报告,指出21个技术引爆点(即某些特定的技术变革冲击主流社会的时间节点)将塑造未来高度互联的数字化世界。这些引爆点预计在未来10年内出现,因而正是第四次工业革命所引发的深刻变革的鲜明反映。

  预计将在2025年前出现的21个引爆点是:10%的人穿戴接入互联网的服饰,90%的人享受免费的(广告商赞助的)无限存储空间,1万亿传感器将接入互联网,美国出现首个机器人药剂师,10%的阅读眼镜接入互联网,80%的人在互联网上拥有了数字身份,首辆3D打印汽车投产,政府首次用大数据源取代人口普查,首款植入式手机将商业化,5%的消费品都是3D打印而成,90%的人使用智能手机,90%的人可经常接入互联网,无人驾驶汽车占到美国道路行驶车辆的10%,首例3D打印肝脏实现移植,30%的企业审计由人工智能执行,政府首次采用区块链技术收税,家用电器和设备占到一半以上的互联网流量,全球拼车出行、出游的数量超过私家车,出现首座人口超过5万但没有红绿灯的城市,全球10%的GDP以区块链技术进行存储,第一个人工智能机器将加入公司董事会。

  这些引爆点为我们提供了十分重要的背景,提醒我们未来可能出现的重大变化,以及我们又该如何进行准备和应对。因为这些变化都是系统性的,所以其影响会进一步放大。我在下一章中将会谈到,如果我们想顺利转型,首先要充分认识正在发生和即将发生的变革,以及它们对全球各个层面的影响。

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