哪些技术将成为第四次工业革命的发展动力呢？在这一点上，已有不计其数的机构列出了榜单，对五花八门的技术进行排名。它们所列举的科学突破和新技术似乎无穷无尽，涵盖了多个不同领域和地域。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，我甄选出了一些值得关注的关键技术。

大趋势，大机遇，大挑战

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，我将这份技术名单归为三类：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，由于这些技术看得见摸得着，最容易被人们所了解：

·无人驾驶交通工具

·3D打印

·高级机器人

·新材料

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迅速提高。不出几年，成本低、可供商用的无人机和潜水器将广泛投入使用。

随着无人机逐步能够感知、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。古往今来，人们采用的一直是减材制造的办法，即逐层从一件材料上移除内容，直到得出想要的形状。3D打印则是反其道而行之，从散碎的物料入手，然后利用数字模板，打造出3D形状的物体。

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。当前，其应用主要限于汽车、航空航天和医疗等行业。与规模化生产的商品不同，3D打印产品可以很容易地进行量身定制。当前这个技术还存在体积、成本和生产速度方面的限制，随着这些问题的逐步攻克，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

长期以来，机器人的应用仅限于汽车等特定行业，从事的也是一些控制十分严格的工作任务。然而，从精准农业到护理工作，机器人今天在各行各业的用途不断增多，承担的工作种类也日益多样。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）。

传感器的进步也使得机器人能更好地解读并适应环境，参与到更多样的工作中去，比如做家务。过去，机器人必须通过自主单元进行编程；如今，机器人可以通过云端来远程获得信息，并接入其他机器人的网络。新一代机器人出现后，很有可能会更加侧重人机协作。我将在第三章讨论人机关系或将引发的伦理和心理方面的问题。

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。

与第四次工业革命的很多创新一样，我们很难预知新材料的发展会对我们产生什么影响。以石墨烯为例，这种先进纳米材料的硬度大约是钢的200倍，厚度却仅为人类头发丝的百万分之一，而且还是热量和电能的优良导体。石墨烯一旦能在价格上表现出竞争力（以克来计量的石墨烯是地球上最昂贵的材料之一，微米大小的一片石墨烯的价格就超过1000美元），便能对制造业和基础设施行业形成巨大的冲击。此外，石墨烯还可能对一些高度依赖某些特定商品的国家产生深远影响。

还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。最近，科学家发现了一种名为聚六氢三嗪（PHTs）的新型可回收热固性聚合物，这一发现为发展循环经济做出了重大贡献。循环经济以资源再生利用为出发点，有助于打破发展对资源的高度依赖。

物联网

物联网，有时也称万物联网，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。简而言之，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。

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。如今，全球接入互联网的设备数量多达数十亿，如智能手机、平板电脑和传统电脑等。未来几年，这一数字有望大幅增加，预计将从数十亿跃升至上万亿。这将有利于我们通过精细化的方式，对资产和活动进行监督和优化，从而彻底改变供应链管理方式。这一过程还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。同理，顾客也可以对待收包裹和文件进行持续（几乎是实时的）追踪。对于经营复杂长线供应链的企业而言，这无疑具有变革性的意义。在不远的将来，类似的监控系统还将应用于追踪人员的移动。

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。从本质上来说，但凡可以用代码表达的交易都可以用区块链技术进行登记。一些国家和机构已经在调研区块链的应用潜力。比如，洪都拉斯政府正利用这项技术对土地使用权进行管理，马恩岛正测试该技术在公司登记注册方面的应用。

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。这让原本利用率不高的资产（资产持有人先前从未想过自己可以对外供应的那些资产，如私家车上的空座、家中空闲的卧室、零售商与制造商之间的商业联系，以及可以提供送货、家居维修和行政事务等服务的时间或技能）得到有效利用。

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？2015年3月，传媒战略家汤姆·古德温（Tom Goodwin）在TechCrunch网站上发表的一篇文章中写道：“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。现在，每笔交易都可以分为非常细小的份额，各方均可以从中获得经济收益。此外，使用数字平台时，每件额外产品（商品或服务）的边际成本均趋近于零。这对企业和社会有着巨大的意义，我将在第三章进一步探讨这个问题。

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。近年来，从一开始的降低基因测序成本和难度到最近的基因激活与基因编辑，都取得了巨大的进步。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。暂不考虑这一做法可能引发的深刻伦理问题，这些技术进步不论是对于医药、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。医生如能掌握某个肿瘤的基因构成，就能制定科学的癌症治疗对策。

尽管我们对基因标记与疾病之间的联系仍然知之甚少，但不断增加的数据将使精准治疗成为可能，有助于开发具有较强针对性的治疗方案，改善治疗效果。IBM（国际商用机器公司）的“沃森”（Watson）超级计算机系统能在短短几分钟之内，将癌症患者的病史与治疗史、扫描结果和基因数据与全球几乎所有的最新医学知识进行比对，进而提出个性化的治疗建议。

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。不同于20世纪80年代的基因工程，基因编辑技术比过去的做法更精确、更高效，也更容易应用。实际上，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，基因编辑技术的应用潜力可谓无穷无尽。

随着基因工程研究的深入（如基因编辑与治疗领域CRISPR/Cas9方法的开发），基因有效递送和特异性方面的制约因素将会得到克服，届时我们将面临一个最直接、最具挑战性的问题，该问题尤其具有伦理上的意义：基因编辑将给医学研究和治疗带来什么样的变革？理论上，人可以对动植物进行基因改造，将其用于生产药物或提供其他形式的治疗方法。对奶牛进行基因改造，使得牛奶中含有血友病患者缺乏的凝血因子，这个目标离我们并不遥远。研究人员已经开始对猪的基因组进行改造，以培育适合人体移植的器官（该方法被称为异种移植，之前由于存在人体免疫排斥和人畜疾病传播的风险，人们难以想象这种方法）。

如上文所述，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。在进步的背后，我们要看到在过去几年，在全球投入最大的研究项目中，有两个项目都与脑科学有关。

我认为，在形成社会规范、制定合适的法规这个问题上，生物领域面临的挑战无疑是最大的。我们面临着许多新问题，诸如人何以为人？与人体和健康有关的数据和信息，哪些是可以或者说应该与他人分享的？在改变子孙后代的基因密码方面，我们有着怎样的权利和责任？

让我们再回到基因编辑这个问题上。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。