2024年9月，英国国防部发布《全球战略趋势：展望2055》报告，对未来30年世界面临的重大机遇和挑战进行战略前瞻和趋势预测。报告强调科技特别是信息技术对未来发展具有重要意义，围绕前沿技术和数字规则掌控权的竞争将在未来几十年的大国竞争中发挥核心作用，并主导国际关系和世界贸易。报告具体对七大技术领域进行系统性前瞻，分别为：连接性、数据和处理能力；人工智能；能源生产、存储和再生；交通；工业和制造；医疗健康和生物技术；物理、数字和生物世界的融合。
一、连接性、数据和处理能力
（一）全球数据量激增，数据价值凸显
信息存储技术的进步正在推动全球数据生成量的快速增长。预计到2025年，全球数据估计值为181泽字节；到2055年，全球数据生成量将达到32500泽字节。未来，政府和企业的决策质量将取决于对公民和消费者相关数据的获取和理解能力。因此，数据保护将愈发关键，新型计算解决方案在大国竞争时代将愈发重要，围绕数据主权的国际争端也将加剧。
（二）相关关键技术快速发展，带来经济与社会效益
数据存储和处理技术：在可预见的未来，数据体量将超越人类访问、处理和分析数据的能力。但具有前景的数据存储新概念或将得到进一步发展。例如，DNA存储技术、5D光存储有望长时间存储大量信息；内存计算（内存分析处理）可以减少数据检索的处理时间；量子存储有望彻底颠覆计算和通信领域。同时，芯片一直在推动计算发展方面发挥关键作用，未来方向将主要集中于以任务为中心的特定处理器和软件，特别是在石墨烯、超材料、生物、神经形态、光学、模拟和基于量子的芯片设计方面的进展将提供独特解决方案。预计到2055年，神经形态芯片将引领人工智能领域的革命性飞跃。上述技术进步预计将在金融服务、制造业、人工智能、网络安全、化学和生物工程等多个行业催生颠覆性变革。
传感技术：传感器技术正朝着更微型化、能效更高的方向发展，并且将与云计算等外部服务更加紧密地融合。预计到2055年，量子传感器将在地球和太空矿产勘探、水下监测与感知等领域应用。未来三十年，传感器收集的庞大数据将在提升城市安全性、检测病原体、优化医疗保健服务、改变人类交流方式、应对环境污染等方面发挥关键作用。
通信技术：光纤技术及其基础设施的持续进步将推动数据传输能力的提升，并增强数据传输的安全性。基于卫星的互联网接入有望在未来几年实现全球范围内的无缝覆盖。个人移动通信设备，例如增强现实眼镜和智能隐形眼镜等能够融合物理世界与生物世界的创新设备，预计将更加普及。
二、人工智能
（一）人工智能能力持续提升，应用场景愈加丰富
边缘人工智能：“边缘人工智能”是指在数据产生的源头，即边缘设备上执行人工智能算法和处理数据的技术，其能够减少甚至消除对云连接的需求。随着处理能力、存储容量、通信技术和传感器技术的不断进步，预计到2030年，边缘人工智能设备的数量有望翻两番。同时，得益于材料学的突破，边缘人工智能的应用范围将扩展至智能服饰、智能隐形眼镜以及能够解读健康数据的智能手机等领域。
人工智能推理能力：人工智能在情境化处理方面的能力正日益增强，能够从众多信息线索中提取并分析数据。到2030年，人工智能在图像识别方面的能力有望超越人类。展望未来，生成式人工智能预计将变革媒体和营销领域，使企业能够更精确地了解用户偏好，还有望带来交互式操作系统、个性化媒体、虚拟医疗保健和教育服务。到2055年，自然语言处理技术的应用或将消除语言障碍，推动全球互联互通。
人工智能与数字孪生：“数字孪生”可以将现实世界的物理实体或系统通过数字化的方式，在虚拟空间中创建对应模型。随着技术发展，数字孪生可能会与人工智能、增强现实等新兴技术融合，使人类数字生命超越现实生命得以存续。此外，数字孪生将通过提供更先进的模拟和预测能力，助力政府、企业和机构优化决策过程，提升运营效率。
（二）人工智能是“双刃剑”，负面影响需妥善管控
人工智能操纵问题：人工智能算法在训练过程中存在缺陷，容易受到操纵，不仅会导致法律案件中的误识别，还会影响消费者选择和公民政治观点的形成。预计到2055年，这类事件或将更加普遍，甚至某些群体有可能出于恶意而助长这种行为。因此，理解、减轻和规范人工智能系统中的偏见，并解决这些问题，将至关重要。
生成式人工智能：生成式人工智能的发展可能会对就业市场形成冲击，提高生产力的同时减少对人类雇员的需求。此外，滥用生成式人工智能制造“深度伪造”问题或将加剧，针对深度伪造的检测技术需大力发展，并将成为政府、企业和安全情报机构越来越重要的工具。长远来看，能够自我编程或自我发展的生成式人工智能将会出现，并重塑人机交互、改变人类行为。新兴的神经接口可以提高人工智能解读人类表情和情感的能力，甚至还能解读人类思想。但这些技术进步也会催生道德、伦理和法律方面的争议，并加剧对人工智能实施监管或限制的压力。
三、能源生产、存储和再生
（一）全球能源结构变化，需进行供需平衡管理
绿色能源转型：未来，全球能源结构预计将逐渐从化石燃料转向可再生能源、电能和绿氢。在此过程中，确保低碳能源产业的原材料供应、提高产能并避免形成新的能源依赖至关重要。
能源供需平衡管理：随着可再生能源开始满足越来越多的能源需求，平衡传统电网供需能力将变得越来越具有挑战性。从本地网络获取电力的分散式能源系统将占主导地位。这会加剧能源供应商之间的竞争，并使当地社区能够自主进行能源生产。
（二）绿色能源种类繁多，应用程度不尽相同
可再生能源：预计至2055年，光伏太阳能成本将进一步下降，在阳光充沛地区大型光伏发电站将成为最具成本效益的电力生产方式。目前，风能是成本第二低的可再生能源形式，未来海上风电新技术将开启深海地区风电开发的可能。到2055年，其他可再生能源形式，包括生物燃料、地热能、水电和海洋能，预计将更加普及。但相较于太阳能和风能，这些能源形式的成本劣势或将使其应用限制于特定领域。
替代能源：截至2055年，氢能、天基能源和清洁煤电有望在全球能源体系中扮演更为重要的角色。裂变反应堆将变得更加小巧且模块化，从而加速核电站的建设进程并降低成本。可控核聚变在2055年实现商业化仍面临诸多挑战。目前，通过水电解制氢的高昂成本限制了其大规模开发的潜力。天基电力项目，尽管目前仍处于概念初期阶段，却有潜力提供相当于地球上光伏发电量8~9倍的能源。同时，传统燃料发电厂在碳捕获与存储方面仍需克服成本和效率方面的难题。
（三）电池技术出现突破，电能储存方式发生改变
锂和钠固态电池有望取代目前流行的锂离子电池，提供更小巧、更轻便、更安全的电池解决方案。未来30年，随着材料学和制造工艺的不断进步，预计将诞生超越固态电池的革命性新技术。此外，超级电容器在储能领域具有潜力，电动车充电基础设施有可能演变为采用磁线圈的地下无线充电系统。
四、交通
（一）交通领域将加速实现净零排放
到2030年，化石燃料预计仍是交通行业的主导能源，但随着更多国家实施净零排放政策，电动交通工具在未来30年将显著增加。特别是在城市交通领域，预计到2055年，电动自行车等“微出行”可能会成为主要出行方式。同时，对于航运、长途航空、军事运输和紧急服务等无法避免使用燃料的交通方式，相关部门正在积极寻求如合成生物燃料、液态氢或绿色化石燃料等更环保的替代方案。
（二）交通技术迅速发展，监管面临新挑战
自动化运输：到2055年，传感器和半导体技术、人工智能、定位、导航和授时系统以及激光雷达将彻底改变交通领域，实现全自动驾驶和智能交通系统。自动无人机“最后一英里配送”和全自动城市交通等服务将变得更加普遍，无人船舶也或将成为海洋运输主力。但区域紧张局势和主要国家合作水平低下可能会阻碍跨境交通系统的无缝整合和自动化。为此，各国需合作建立全球标准和协议。
自动驾驶：随着汽车技术的快速发展，自动驾驶技术已经成为未来交通行业的重要发展趋势。同时，未来的驾驶执照也可能实现数字化，能够与车辆进行通信，以确保其合法运行。但自动驾驶技术的广泛应用也将带来一系列新挑战，如技术安全性、数据隐私保护、伦理道德问题等。未来30年，涉及自动化车辆事故的法律责任问题将成为关键的不确定性。因此，对自动驾驶技术的监管尤为重要。
先进航空交通工具：随着电动垂直起降飞机等新型飞行器的普及，预计到2040年私人和企业用户将大幅增加航空运输。届时，该行业的经济规模有望突破5100亿美元。无人机将占据运输市场的重要份额，到2030年，预计将有超过75000架运输无人机投入使用。到2055年，先进的空中交通可能有助于减少城市和偏远地区之间的差距。
五、工业和制造
（一）新技术、新材料推动生产效率提升
增材制造：目前增材制造对于原型制作、快速模具和定制组件具有重要价值，从长远来看大规模多材料打印具有前景。此外，研究表明，预计到21世纪中叶，增材制造技术可使全球能源使用量减少5%~27%。在医疗领域，3D生物打印已经成功地生成并移植组织，4D打印也展现出应用潜力，或将在儿科护理中应用，使用能够适应儿童成长的响应性材料或细胞，减少侵入性手术。
自动化和机器人技术：自动化显著改变了制造业，通过软件和数据驱动的过程，促进了人机协作，提升了效率和产品质量，同时降低了成本。近十年，人工智能和物联网的集成进一步推动了自动化的发展，远程监控制造过程和设施成为可能。此外，人工智能与大数据驱动的算法已经将自动化技术拓展至非例行性任务，例如金融分析和支付处理等领域。未来几十年，机器人预计会搭载更高级的人工智能，承担起大部分机械性和数学性工作，而人类工作者将更多进行创造性和战略性的决策过程。但自动化技术的普及可能引发失业，因此政府在管理这一过渡期中将扮演至关重要的角色。
新材料：预计到2055年，石墨烯的超导特性或将推动依赖超导技术的新兴技术从实验室走向商业应用，而超材料可被用于制造新的传感器和计算机设备。此外，当纳米材料被精细切割时，它们会展现出独特的属性。例如，纳米银的抗菌特性可用于医疗设备的消毒，而二氧化钛纳米颗粒则因其可燃性，可作为生物柴油燃料的添加剂。
（二）国际合作和知识共享对于充分利用技术进步至关重要
增材制造、人工智能、自动化和新材料开发将对制造过程、分销和工作模式产生深远影响。但真正的影响将取决于社会如何利用这些技术进步，国际合作和知识共享对此至关重要。其中，地缘政治将是影响先进技术使用的重大不确定性因素。
六、医疗健康和生物技术
（一）未来医疗领域将更重视疾病预防和个性化服务
医疗保健：未来社会将更加注重预防医学和个性化医疗保健的发展，以预防疾病为主，而非仅停留在治疗疾病层面。这些技术涉及靶向药理学、定制化的维生素和补充剂、个性化饮食方案以及利用患者自身免疫系统来抵御疾病的方法。未来30年，远程医疗服务、智能健康监测设备以及数字诊断工具将为患者与临床医生之间提供更加频繁和个性化的交流途径。随着技术的不断进步和对人类疾病更深层次的理解，许多疾病有望被彻底根除。
心理健康和心理学：未来几年，心理健康治疗有望融入个性化人工智能的应用，能够以接近人类的方式理解并回应患者需求。具备对话和互动功能的个性化人工智能能够在某种程度上模拟人类陪伴，为患者提供心理慰藉。
（二）医疗技术提升助力疾病治疗和传染病防治
移植医学和人造器官：随着慢性疾病和器官衰竭的增加，预计未来对移植的需求将增长，或将导致器官短缺。异种移植和类器官培养可能成为解决这一问题的方案。此外，3D和4D生物打印正在探索制造人造器官，现已成功重建身体结构，但短期内不太可能广泛使用。
疾病控制：到2055年，随着技术的不断进步，人类有望获得更灵敏的手段应对新出现和再度出现的病原体。未来数十年，抗生素耐药性（AMR）将成为重大挑战。对此，人工智能和机器学习将在设计新型抗菌药物和协同药物组合，以及监测AMR病原体方面发挥关键作用。此外，针对AMR病原体的疫苗研究和开发抗生素替代品（如噬菌体、抗菌蛋白、靶向酶、益生菌）的需求预计将不断增长。
（三）生物技术具有变革性潜力，但存在争议与风险
基因工程：基因编辑技术的未来应用前景极为广阔，预计将为医学和生物学领域带来革命性变革，有望用于治疗癌症、延缓衰老过程，甚至还有可能促进全新基因工程物种的创造。但随着基因编辑技术的持续进步，其可能扩展到非治疗性用途，例如“设计婴儿”，随之将引发一系列法律、政策和伦理方面的挑战。
生物武器：国际法明确禁止对生物武器的使用，这在很大程度上限制了扩散。但随着人工智能、量子计算和合成生物学的飞速发展，以及对生物制剂研究投资的持续增加，不同行为者使用生物武器对抗人类、动物和食品供应的可能性将会增加。
七、物理、数字和生物世界的融合
（一）新技术将强化人体机能，人机协作范围进一步扩大
假肢：得益于材料科学、工程学和计算机技术的飞速发展，假肢技术已成为高度专业化的辅助工具，赋予截肢者更加独立的生活方式。未来随着控制论和人工智能技术的进一步融合，假肢有望实现将大脑信号直接转化为物理动作。未来30年，假肢技术的进一步突破可能会使人类的能力得到增强，甚至超越自然生物学的限制，在人类增强领域实现重大突破。
人类增强：人类增强涵盖脑机接口、可穿戴技术在内的广泛领域。随着人类与数字世界日益融合，脑机接口技术或将影响人类理性决策过程。预计到2030年，人类增强市场规模将超过5450亿美元，到2055年，人类增强技术将越来越普及。但人类增强技术在政策、法律、伦理、社会和安全方面仍存在不确定因素，需要仔细考虑。此外，各国也正在探索将人类增强技术应用于军事领域的可能性。
人机协同：未来人类将与无人系统、机器人、虚拟助手、算法以及其他非人类智能体实现更高效协作。随着人工智能技术的进步，机器将能胜任更高级的决策任务，机器将被人类视为合作伙伴，而不仅仅是工具。因此，未来应加强人类与机器之间的相互理解，例如通过发展可解释的人工智能。
（二）“超级互联”社会形成，引发新的社会管理挑战
到2055年，数字化的飞速发展预计将催生一个“超级互联”的社会，其中跨现实技术、数字孪生、远程呈现和元宇宙将彻底改变人类的体验方式。但这些技术进步可能伴随高昂成本，导致数字世界中的不平等现象。未来30年，物理世界与虚拟领域的融合将引发一系列政策、法律和伦理问题。确保国家、社会、企业和个人在数字环境中免受敌对行为者的侵害，特别是保护心脏起搏器和神经接口等关键生物设备免遭黑客攻击，将至关重要。
编译：中国科学技术信息研究所 吴沁霏
审校：中国科学技术信息研究所 郑思聪 张丽娟
来源：《科技参考》2024年第64期
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