相較於專業的科學刊物《自然》，《科學美國人》的定位更偏向於科普刊物，更加大眾化。這本雜誌並不采用類似《自然》雜誌同行評審的方式審查稿件，而是提供壹個公開論壇，呈現科學理論和科學新發現，其受眾包括企業主、高級經理人、決策者和意見領袖，與《自然》的學術受眾形成互補。
因此，這次評選的2019十大新興技術也並不純粹是學術領域最先進、最前沿的成果，還註重其與當前產業的結合。本次評選的標準包括以下問題：提名的技術是否有產生巨大社會和經濟利益的潛力?他們能改變當前的生產方式嗎?它們是否仍處於開發的早期階段，但吸引了研究實驗室、公司或投資者的大量興趣?他們可能在未來幾年取得重大進展嗎?
經過4次虛擬會議，技術專家們評選出了以下10項近年內可能會迅猛發展的新興技術：
1、生物塑料
生態環境是近年來的熱點話。其中，塑料垃圾已經成了威脅世界生態的壹大因素。根據世界經濟論壇的數據，2014年，全球生產了3.11億噸塑料，預計到2050年這壹數字將增長2倍。然而，只有15%的塑料得到回收，剩下的大部分被焚燒、填埋，甚至直接被丟棄在大自然中。
由於傳統的塑料難以降解，它們可能在自然環境中存在數百年，如果被投入海中，問題將更加嚴重——它們可能被海洋生物誤食，再通過食物鏈進入人類體內。根據奧地利維也納醫科大學對誌願者糞便的觀察，推測每人每年吃下約7.3萬片微塑料。
塑料危機迫在眉睫，可能會推動生物可降解塑料產業的大發展，打造“循環”塑料經濟。
所謂生物可降解塑料，就是指以澱粉等天然物質為基礎在微生物作用下生成的塑料，其來源和轉化的結果都是生物質。和從石化產品中提取的化學塑料壹樣，生物塑料也由聚合物(長鏈分子)組成，這些聚合物在液態時可以模壓成各種形狀。
早前的研究集中在如何用玉米、甘蔗或廢油脂、食用油制成塑料，然而，其產物通常難以具備傳統塑料的機械強度和視覺特性，因此難以大規模應用。不過，轉機已經出現。最近科學家們開始研究如何用纖維素和木質素(植物中的幹物質)生產塑料，以克服上述缺點。
纖維素和木質素是地球上最豐富的有機聚合物，是植物細胞壁的主要成分。
其中，木質素單體是由芳香烴環(aromatic rings)組成的，而芳香烴環也是在部分傳統塑料提供機械強度的結構。木質素在大多數溶劑中不溶解，但研究人員找到了用離子液體將其與木材和木本植物分離的方法。類似於真菌和細菌的基因工程酶可以將溶解的木質素分解成其成分。
目前，業界已經聚焦這壹突破，包括倫敦帝國理工學院旗下公司在內的不少生物技術公司都在這壹領域投入了巨大力量。可以預計，只要解決成本和用地用水問題，這壹產業將迎來爆發式的增長。
2、社交機器人
在工業、醫學等領域，機器人已經在被廣泛使用，但是這離人們對機器“人”的設想仍有很大差距。
不過，近年來人工智能(AI)技術的發展，讓人類有機會把千百年來積累的心理學和神經科學知識轉化成算法，讓機器人不僅能識別聲音、面孔和情緒，還能對復雜的語言和非語言線索做出合適反應。除此以外，他們未來還能人類進行“眼神”交流。總體而言，機器人正越來越像“人”，和人交流的能力越來越強。
因此，社交機器人具有良好的發展前景。事實上，相關產業已經初具規模。例如，軟銀機器人推出的“小辣椒”(Pepper)機器人已經出貨超過1.5萬。這種機器人已經可以識別人臉和基本的人類情感，能通過“胸部”的觸摸屏進行對話，在全球各大酒店、機場、購物場所為客戶提供引導和交流服務。
技術專家們對社交機器人產業增長的信心，還來自壹個特殊領域——養老。全世界多個地區的老齡化趨勢都在加強，這是機器人應用的絕佳領域，不少公司都盯著這塊香餑餑。此外，消費領域和育兒領域也都有社交機器人存在的空間。
根據《科學美國人》預計，2018年，全球消費型機器人的銷售額估計達到56億美元，到2025年底，這壹市場將增長到190億美元，每年將售出6500多萬臺機器人。
3、微型光學設備
作為壹個小眾領域，光學行業的技術突破似乎沒多少人關心，但事實上，相關產品的應用壹直和我們生活息息相關。比如說，傳統的玻璃切割和玻璃彎曲技術很難造出微小鏡片，因此，手機攝像頭的鏡片為了對焦準確而堆疊起來後，讓手機難以繼續輕薄化。另外，顯微鏡等高級光學工具也受到了這種困擾。
工程師們發現了壹種用金屬取代玻璃，制造光學儀器的神奇方法。這種技術需要用到極薄的金屬板，厚度小於1微米，在它的表面，工程師用納米級別的工藝添加由不同的凸起和凹陷、穿孔。
當入射光線照射到這些位置時，光的偏振、強度、相位、方向等性質就會發生變化。通過精確定位納米尺度的物體，就能確保金屬材料發出的光具有選定的特征。這種“金屬鏡片”的最突出特點就是很薄，工程師完全可以用幾個金屬殼堆疊在壹起做成小型元器件。
過去1年，科研人員在這壹技術上取得了壹項重大的技術突破，解決了新鏡片的色差問題。這個問題來源於白光通過壹個典型透鏡成像時，不同波長的光線有不同的折射率，使不同的色光有不同的傳播光路，從而呈現出因不同色光的光路差別而引起的像差。
新的金屬鏡片通過精確射擊，可以將白光中所有波長的光線聚焦在同壹點上，除了這種金屬鏡片本身無色差外，類似產品還有幫助其他產品糾正色差的潛力，可以消除圖像扭曲、模糊、散光等問題。
更重要的是，除了減小光學元件尺寸外，金屬化最終還會降低光學元件的成本。據悉，這種小型金屬透鏡完全可以用現成的半導體工業設備制造。這無疑是其被選為年度十大新興技術的壹大原因。
目前的問題是，以現有的技術，要精確地將納米尺度的物件布置在厘米級別的芯片上，成本還是很高。同時，金屬鏡片暫時還無法做到玻璃透鏡那麽有效地透光。
在未來幾年裏，金屬鏡片可能會先取代玻璃鏡片在壹些小型簡易設備——如內窺鏡成像設備和光纖——中使用。這已經足夠吸引人，至少谷歌和三星在這方面都已加以研究。
4、無序蛋白質
幾十年前，科學家們發現了壹類特殊的蛋白質，它可能是從癌癥到神經退行性等壹系列重疾的重要原因。
這種蛋白叫“固有無序蛋白質”(IDPs)，是壹種無序蛋白質。所謂無須，是指它與細胞中常見的具有剛性結構的蛋白不同，沒有穩定三維結構。因為沒有穩定的狀態，IDP經常作為“組件”，參與其他的各種生物反應，如DNA轉錄等。
研究成果表明，這種松散的結構使得IDP具有易結合、空間優越性和高度協調性的生物學優勢，能夠在關鍵時刻(如細胞對壓力的反應)將各種各樣的分子聚集在壹起。然而，當它們的錯誤表達時，也可能造成細胞的變化，各種重疾將接踵而至，包括壹些癌癥和阿爾茨海默癥都被認為與其相關。
盡管發現了相關機理，但在此之前，科學家對此是束手無策的。因為目前使用的大多數藥物需要把穩定的蛋白質結構作為標靶，而IDP留給藥物發揮作用的時間不夠長，壹些眾所周知的可能致癌的無序蛋白質——包括c-Myc、p53和k-ras——都太難以捉摸了。
不過，2017年，這種情況出現了變化，法國和西班牙的科學家發現，經FDA批準的名為三氟哌啶(trifluoperazine，用於治療精神疾病和焦慮癥)的藥物，可以抑制在胰腺癌中起作用的無序蛋白NUPR1。這壹結果證明，瞄準並攻擊處於“模糊”狀態的IDP是可能的。
在此後的研究中，科學家大規模篩選評估了數千種藥物。他們發現其中有不少可以抑制c-Myc的藥物，還有壹些分子可以作用於β-澱粉樣蛋白等與阿爾茨海默病等疾病有關的IDP。
這壹發現引發了產業界的熱情。如今，生物技術公司IDP Pharma正在開發壹種蛋白抑制劑，用於治療多發性骨髓瘤和小細胞肺癌;Graffinity Pharmaceuticals公司已經識別出了壹種小分子，可以靶向作用於阿爾茨海默病病理相關的tau蛋白;Cantabio制藥公司正在尋找小分子來穩定參與神經變性的IDP。
5、控釋肥料
為了養活世界上不斷增長的人口，全球化肥的使用量勢必要加大。但傳統化肥不僅效率不高，而且對環境有巨大損害。
過去農民施肥就2種方法，要麽是往田地裏噴灑氨水、尿素等物質，給作物補充氮元素;要麽播撒碳酸鉀或其他礦物顆粒，在與水反應時生成磷。但是用這2種方法，效率非常低，只有相對較少的壹部分營養物質進入植物體內。剩下大量的氮會以溫室氣體的形式進入大氣，而磷會流入水域，導致藻類等生物過度生長，造成經濟損失。
在這種情況下，新型肥料應運而生。
過去，農業科學家們發明了壹種被稱為緩釋肥料。他們把氮、磷和其他所需營養物質按照壹定配比做成小膠囊，膠囊外殼的存在，減緩了水和內部營養物質結合的速度和營養物產物從膠囊中逸出的速度，讓作物有時間充分吸收。
今年的新研究更進壹步，將“緩釋”變成了“控釋”，也就是可控釋放——通過復雜的材料和制造技術制作調整外殼，使得營養物質可以隨土壤溫度、酸度或濕度的變化而釋放。目前這壹技術已經有了初步成果，例如海法集團推出的控釋肥料和溫度掛鉤，當氣溫升高時，作物生長速度和肥料釋放速度同步提升。
業內人士普遍表示，在未來的“精準農業”中，控釋肥料是不可或缺的壹環。按照設想，控釋肥料將結合數據分析、人工智能和新型傳感器等技術精確投放，從而提高作物產量，最大限度地減少養分的過度釋放。不過，由於其他幾項技術需要大量資金投入，需要較長時間，控釋肥料可能是未來幾年最先興起的環節。
6、遠程呈現(Telepresence)
在電影《王牌特工》中有壹個場景，當主角帶上高科技眼鏡後，原本空蕩蕩的房間內就坐滿了人，而在場的這些“人”實際上都是在遠方的人投射的虛擬形象，這就是典型的遠程呈現場景。
就像Skype和FaceTime等視頻通話應用從商業領域進入大眾市場，大規模多人在線遊戲從根本上改變了人們在互聯網上的互動方式壹樣，協作式遠程呈現技術可能會改變人們在商業內外的虛擬互動方式。
想象壹下，壹群人在世界不同的地方流暢地互動，甚至能夠感受到彼此的觸摸。這種協同遠程呈現可能會改變未來人們的生活方式，使物理位置變得無關緊要。
若幹領域的進展使這壹前景成為可能。首先是AR/VR技術漸入佳境，根據前瞻產業研究院整理的數據，高端VR設備市場近年持續增長，VR技術也開始由個人應用向工業、教育、醫療、零售等行業的企業級應用滲透。
其次，全球正飛快建設5G網絡，未來的數據傳輸能力得以保障，而且沒有延遲時間。新技術的應用將使VR產品的延遲減少近10倍，網絡效率提高100倍，為消費者遠程感受場景提供保障。遠程傳輸不可能完成消除延遲，但是預測性AI算法可以彌補這壹缺陷。
此外，創新者還在完善遠程交互的相關技術，比如觸覺傳感器，讓人們能夠感受到他們控制的機器人觸摸到什麽。
《科學美國人》表示，遠程呈現技術所需的壹切都已準備就緒，相關產業將在3到5年內迎來變革式發展。例如，微軟等公司在技術上下功夫，預計到2025年，這些技術將支撐壹個價值數十億美元的產業。
7、區塊鏈追蹤技術
據世界衛生組織統計，每年約有6億人食物中毒，42萬人死亡。而疫情爆發後，調查人員還要花幾天到幾周的時間來追蹤源頭。在此期間，更多的人可能會因此受害，許多食物可能會被不加分辨地處理掉。
要減少乃至杜絕食物中毒和食物浪費現象，區塊鏈技術的應用至關重要。
區塊鏈是壹種分布式記賬系統，它的分錄按順序記錄在存儲在多個地點的計算機上多個相同的“分類賬”中，這種冗余布置使得篡改任何壹本“賬簿”，都不會對整個系統的記錄造成影響，從而創建了壹個高度可信的交易記錄。
通過將種植者、分銷商和零售商集成在壹個公***鏈上，就能創建壹套關於給定食品在端到端供應鏈中的可信路徑記錄。有了這項記錄，零售商、餐館等可以立即將受汙染的食品從流通中移除，精準銷毀有問題的庫存商品。
早前，IBM已經研發出了基於區塊鏈的雲平臺——IBM Food Trust，而且已經有大型銷售商采用，比如家樂福、沃爾瑪、山姆會員店、艾伯森公司、史密斯菲爾德食品公司等。在壹項測試中，沃爾瑪在幾秒鐘內查出了壹件“受汙染”商品的來源，這在過去可能要花幾天時間。
8、新型核反應堆
福島之後，全世界的人對核能聞之色變，許多國家的核電項目下馬，核能技術發展陷入低谷。但是，隨著近年來碳排放之類的問題熱度漸起，核能作為清潔能源的典型，其發展重新被提上了議程。
過去幾十年，主流輕水反應堆的原理是將二氧化鈾的小顆粒堆積在由鋯合金包裹的長圓柱棒內。鋯可以讓芯塊中裂變釋放的中子穿過，從而維持核裂變反應的延續。
問題是，如果控制失效導致鋯過熱，它會與水發生反應產生氫氣，而氫氣會爆炸。這種情況導致了世界上最嚴重的2起反應堆事故——1979年美國三裏島發生的爆炸和部分熔毀，以及2011年日本福島第壹核電站發生的爆炸和輻射泄漏都是因為這個原因。
目前，核能巨頭西屋電氣和法瑪托姆都在開發所謂的耐事故燃料，降低燃料過熱的幾率，即使過熱也只會產生很少，甚至不會產生氫氣。有壹種方向是改進鋯合金包裹層，減少反應。還有的企業試圖用不同材料取代鋯和二氧化鈾。
據報道，這種新技術並不需要對現有的反應堆做大幅改動，因此可以從現在開始逐步投入使用。不過，《科學美國人》提到，美國的核電已經被叫停，德國等許多發達國家也有重重限制。要讓新壹代核電技術開花結果，可能要靠俄羅斯和中國做表率。
俄羅斯還在部署其他安全措施;國有企業俄羅斯國家原子能公司(Rosatom)最近在國內外安裝了較新的“被動”安全系統，即使核電站斷電、冷卻劑無法有效循環，這些系統也能抑制過熱現象。西屋電氣和其他公司也在其最新設計中加入了被動安全特性。
還有制造商在試驗“第四代”反應堆模型，該模型使用液態鈉或熔融鹽代替水來轉移裂變產生的熱量，從而消除了產生危險氫氣的可能性。據報道，中國計劃在今年將壹座示範性氦冷反應堆接入電網。
9、DNA數據存儲
根據軟件公司Domo的數據，2018年，全世界人每分鐘會在谷歌進行388萬次搜索、在YouTube上觀看433萬個視頻、發送159362760封電子郵件、發布47.3萬條推特、在Instagram發布4.9萬張照片。
據估計，到2020年，全球每人每秒將產生1.7MB的數據，全年就是418MB。以世界人口78億計算，這麽下去，目前存儲0和1的磁性或光學數據存儲資源將在1個世紀內耗盡。此外，運行數據中心需要消耗大量的能量。簡而言之，我們將面臨嚴重的數據存儲問題，隨著時間的推移，這個問題只會變得更加嚴重。
有壹種聽上去很神奇的存儲技術正在發展：基於DNA的數據存儲。
DNA是生命信息存儲的材料，它由長鏈的核苷酸A、T、C和g組成，按照不同排序存儲數據。無論是對其進行常規排序(讀)、合成(寫)和精確復制，都相當簡單。另外，DNA的穩定性也足夠高，比如說，現在的人還能對50多萬年前的化石進行完整基因組測序。
真正值得關註的是DNA的存儲容量。DNA能以遠超過電子設備的密度，精確、大量地存儲數據。例如，根據哈佛大學學者早前發布在《自然材料》雜誌的計算結果，大腸桿菌的存儲密度約為每立方厘米1019字節。也就是說，壹個邊長約1米的DNA立方體就可以很好地滿足全世界目前1年的存儲需求。
這壹設想不只停留在理論上，2017年，丘奇在哈佛大學的團隊采用了CRISPR技術，將人類手的圖像記錄到大腸桿菌的基因組中，之後又成功讀取，準確率超過90%。近期，華盛頓大學和微軟研究院聯合開發了壹套系統，可以自動書寫、存儲和讀取DNA編碼的數據。
當前，如果要與傳統電子存儲方法競爭，讀寫DNA的成本需要進壹步降低。不過，即使DNA存儲無法快速普及，它也幾乎肯定會被用於某些特定行業。
10、可再生能源儲存
過去幾年間，風能、太陽能設備成本直線下降，全球對降碳的重視程度日益提高，促使全球發電結構發生了巨大變化。據美國能源情報署(EIA)的數據，10年間，美國可再生能源發電量翻了1番。而在未來2年，風能、太陽能和其他可再生能源仍是電力組合中增長最快的部分。
現在人們面臨的問題是，沒有與之相適應的儲能方法。
當前主流的清潔能源發電手段，都相當不穩定。以年為尺度，風電春秋冬發電多，夏季發電少，太陽能夏秋發電多，春冬發電少;以天為尺度，風電早晨傍晚發電多，中午午夜發電少，太陽能白天發電多傍晚和晚上不發電。
這樣的特性，如果不經處理接入電網，就給電網帶來巨大的不穩定性，夏季用電多，風電跟不上，晚上用電多，太陽能發電亦無法滿足需求。
因此，必須先把不穩定不持續的壹次能源先通過積累存儲送進儲能系統，再通過適合電網運行的方式接入電網。
幾十年來，抽水蓄能是世界主要的大規模蓄能方式之壹。其原理非常簡單，就是造水庫。當發電量較高，電力充足時，開動抽水機把水抽到處於較高位置的水庫。等到需要發電時開閘放水，水流經過沿途的渦輪，帶動渦輪旋轉發電。這種方法原理簡單，而且行之有效，但是有大問題，壹是造水壩很貴，二是對地形依賴大，很難普及。
因此最近壹兩年，朝電池技術攻關成為業界新熱點。EIA稱，到2019年2月，美國公用事業規模的蓄電池儲能規模已經從10年前的區區幾兆瓦躍升至866兆瓦。據伍德麥肯錫估計，從2018年到2019年，儲能市場增長了1倍，而從2019年到2020年將增長2倍。
鋰電池技術將成為未來5-10年能源行業新風口，這是業內的***識。屆時，我們或許可以看到，鋰電池系統能夠儲存4-8個小時的能量，足夠將白天太陽能發的電供應給傍晚的用電高峰期。
問題在於，這可能就是鋰離子電池的極限了。要讓可再生能源在發電系統中真正扛大梁，必須有更好的儲能系統和更強的調動能力，科學家必須實現對鋰離子電池技術的超越。
目前可能的方向包括液流電池和氫燃料電池。目前業界有不少公司正在攻關，還有壹些已經拿到了投資，但遺憾的是，暫時沒有可以大規模量產使用的成品呈現出來。EIA稱，到2017年底，美國只部署了3套大規模的流電池儲能系統，而公用事業規模的氫動力系統仍處於示範階段。
不過，隨著全球減排的壓力越來越大，在可再生能源市場發展的推動下，儲能技術進步和火熱是板上釘釘的事。
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