问题：﻿未来十年哪些基础科学突破会影响互联网科技产业？产业互联网和消费互联网融合创新，会带来哪些改变？ 本提问为「知乎 2018『互联网洞见者』」十个提问的第一问，由腾讯董事局主席兼首席执行官马化腾（知乎 ID :ponyma）提出。更多详细信息，请点击…
话题：﻿互联网、科技、科学、产业互联网、消费互联网
回答：﻿脑机接口，电池，量子计算都有人提到了，但是竟然没有人提到GartnerHypeCycle！而且不少答案谈了畅想，却没扣住基础科学的题，实在是有点粗糙。下面我作为一个一线科研人员+技术观察爱好者，就借助2018年的技术关注度曲线GartnerHypeCycle以及我在科研一线了解到的研究的角度来回答。GartnerHypeCycle是Gartner公司从2000开始年开始发布的技术关注度曲线。通过比较全面的研究各个技术的发展阶段，去推测技术的发展趋势，同时把技术和人类社会对其的认知的相比较，得出了著名的技术关注度曲线HypeCycle。之前所有的曲线都可以从网络获得，链接附在文后。每个技术都会经历创新初始，泡沫的顶峰，幻灭的深渊，希望的曲线，量产的稳态这样五个阶段（Phase)，不过各个阶段的具体含义超出了这个问题的范畴。具体可阅读2018年的曲线报告简报。这对于很多技术爱好者还有创业投资公司来说已经是老朋友了，有一些类似的技术创业生命周期曲线也是类似的意思。5TrendsEmergeintheGartnerHypeCycleforEmergingTechnologies,2018​www.gartner.comGartner把这些技术突破分类到了以下五个方向：DemocratizedAI自治人工智能，DigitalizedEcosystem生态系统数据化，DIYBiohacking自助生物改进，TransparentlyImmersiveExperience透明沉浸化体验，UbiquitousInfrastructure通用基础设施。这些方面可以展开的太多了，这里不讲废话，基础科学相关性最大的就是UbiquitousInfrastructure以及Biohacking两个方向。Infrastructure比较偏向基础物理学，提到了量子计算，以及下一代电子的基体——碳纳米管，其实图中的硅负极电池也算是Infrastructure里面。这些算是基础科学的范畴，但是其研究实质已经比较靠近工程了。关于量子计算目前大家的共识是，量子计算应该只是对于大规模的数据工程和科研有重大意义，因为底层算法的不同，很难进入消费者生活。量子计算的能力在稳步提高，基本的理论框架其实是比较清楚的，所以我认为这个其实也偏向进一步的工程，专注在如何更快地让Qubit翻倍，并且让它能够在更高温度下稳定下来并且不会被扰动干扰导致塌缩。不过对于量子的理解没有那么多，不敢下更多的结论。电池是一个重要的问题，有很多不同于锂离子电池的新型解决方案。但是Gartner主要提到了硅负极电池，这是锂离子电池的一种优化，改变了电极材料从碳基到硅基。为什么没有提其他的电池，很可能经过了不同电池技术的对比，对于硅负极电池更加有信心。这一电池的发展受华人教授CuiYi的影响非常大，是他首先提出了纳米尺度的硅纳米作为负极，同时花了很大的力气解决硅在锂化过程中的体积变化，除了发了大量高影响因子论文，在商业化的道路上发展的非常快，他的公司Amprius2014年close了$30M，并且在南京设厂，应该进入量产准备阶段了，所以这也是进入了工程阶段，需要研究，但是不太需要基础理论的突破。虽然Gartner列了碳纳米管，我觉得应该是受到了之前碳纳米管的一些重要Science文献的影响。但是和硅负极电池相比，碳纳米管的可控化制备还没完全实现，如何有序的在固定的位置生长碳纳米管是一个基本问题，如果不能达到，就算是碳纳米管能够实现1nm的门尺寸，如果每个碳纳米管之间分隔了几个微米，最终形成的器件的组合离我们现在的14nm制程实现的密度和性能还是查很多，所以发展肯定会大大受阻。必须要注意的是，这个和硅基半导体刚开始发展不同，当时没有可供人们使用的半导体基底，所以人们愿意从无到有一点点发展，但是对于碳纳米管，他需要和现有的技术对抗，并且取代人们已经建设的万亿级的晶圆制造设备加工产业，这里的阻力会有多大？有这个力气，我们早点实现太空探索和脑机接口多好？具体的对比和分析可见我之前回答的另外一个回答。所有其他的纳米科技，确实展示了很不错的性能，但是全都卡在了大规模可控制备上，需要很多关于manufactuing制造相关的研究，也没有太大的理论突破的需求。唯一有一些应用突破的是纳米光学的芯片，可以通过传统CMOS工艺里面的光刻来实现，又能对光进行各种精准的调控，这样芯片的应用目前慢慢在展开，最近利用纳米光栅和EEL实现3D结构光的光鉴科技就是一个例子。「纳米技术」中现在有哪些真正的被应用了？或者具有很好的应用前景？​www.zhihu.comBiohacking提到了生物芯片（应该是植入性生物芯片以及高通量便携式生物检测芯片），人造组织，脑机接口，还有外骨骼，其实还漏下了正式图中的人体增强(HumanAugmentation)。这里设计到很多生物方面的基础科学，是真的需要基础理论的突破的。这些技术中，生物芯片是里面理论最完善的一个，仅仅缺乏工程研究的部分。生物植入芯片需要解决一个基本问题就是主动芯片的能量来源，还有就是植入和回收的过程高效无痛。高通量便携检测芯片目前的主要研究点在于如何做到便携到可以和智能手机连接，并且在比较恶劣的环境下也有很高的鲁棒性。关于脑机接口前面谢熊猫君的翻译已经非常完善，和我的认知是一致的，其中有两个重要的问题：一个是就算掌握了神经的控制和刺激，神经兴奋和认知的关联我们的理解还不是很完善，需要基础理论的突破。第二是虽然读取手段有所发展，但是可用的刺激手段依然非常有限，最有效的电极刺激实在是不友好。我经常在伯克利的纳米制备做实验的时候看到Neuralink的工程师在沉积金属电极，每当想到那个东西从这个炉子出来之后进入我的大脑，咝-一阵后背发凉。关于生物打印，人造组织，我的细胞在离体之后群体性行为受哪些因素影响，哪些是可以通过无机环境模拟的，哪些是受制于其他细胞的？如果受制于其他细胞，那么打印的过程又要遵循什么顺序，我了解到大多数生物研究还在搞清楚分子层面的问题，对于这样细胞层的问题还是很难回答的。这些问题都直接影响了可控生物打印的范围和限制。讲道理，你不会愿意把一个癌变可能性高10倍的组织或者器官装到身上的吧？人类增强的角度挺有趣的，不知道是所谓的基因编辑呢，还是通过各种外置传感器和内置的生物芯片的协同来实现更灵敏，更智能，还是通过内置生物芯片和外骨骼协同实现物理上的更加强大。WhyDidIImplantAChipInMyHand?这些生物的概念和互联网发展其实是息息相关。首先，现在人脑很快，电脑也很快，真正制约一个人处理事务的效率的瓶颈其实在于人和机器之间的通讯，我们必须通过屏幕，声音接受信号，然后通过语音，键盘输入信号，尤其是输入过程，信息密度和速度非常低，所以大大减弱了整个处理过程的带宽，如果脑可以直接和机器对话，那么办公、聊天等依赖输入的场景的软件就需要全面的改革。如果更进一步，机器可以在符合伦理的条件下和人类大脑对话，那么整个人类社会都会像黑客帝国那样改变，当然了，这里面的伦理以及隐私的挑战很可能会耗上十年。可植入芯片可以和整个物联网IoT的概念协同，到时候智能家居，智能办公室能够实现和人的活动更加准确地匹配，实现真正的智能，而不是现在需要输入指令的，有些鸡肋的智能。可植入芯片还有高通量检测芯片还能启发一大批智能医疗和保健的服务，当然了，隐私和伦理会再次掀起一个大讨论。个人认为生物打印以及人类增强可能与互联网的创新还比较间接。看完了这两个大类，我觉得还可以从技术成熟度的时间的维度在图里面找一下漏网之鱼。HypeCycle黄色三角形的技术，被预测为十年之后会对普通大众产生主要影响。这些技术一方面符合问题中“十年”的要求，另外一方面，需要十年的发展在图中是最久的，也就说明技术是最初级的，需要更多的发展，往往更大可能和基础科学有关。黄色的技术我认为可以分为下面几类，可能不尽完善，请大家轻喷：一种纯技术局限的，比如智慧尘埃smartdust，空间显示VolumetricDisplay，自动驾驶飞行器FlyingAutonomousVehicles等；还有一种是技术+伦理局限，包括自动驾驶汽车；还有的是受制于技术水平和基础科学，包括人造组织Biotech-ArtificalTissue以及四维打印4DPrinting,最后的这个部分同时包括理论、技术以及伦理的限制，人类增强，脑机交互，以及通用人工智能。除了上文提到的一些方向，还有受到基础理论制约的部分就是4Dprinting,目前人们实现的只是受到简单刺激进行响应的4DPrinting，往往仅限具有响应能力的聚合物，所以首当其冲的基础研究就是研究更多在不同材料上响应机制，提供更高的响应力矩，电场，或者磁场。当然我们也可以另辟蹊径，可以设计针对各种响应机制的迁移，比如说最近MIT华人教授XuanheZhao打印磁性颗粒到纸上，使其获得响应磁场的能力，这一类可以迁移的响应机制可能是解决材料问题的另外一个途径。如果需要让这一类打印真正影响人们的生活，我们还是等异质打印heterogeneousprinting的实现吧，给自己打印一件衣服，一双鞋，似乎是最合理又有可能实现的需求了。Magnetic3-D-printedstructurescrawl,roll,jump,andplaycatch至于这个预测是否准确，我们可以看看十年前2008年的曲线。结论是，这个曲线还是准的一比。HypeCycleforEmergingTechnologies,2008​www.gartner.com云计算，3D打印，微博，视频电话、会议，固态硬盘，虚拟助手（Siri等），RFID，平板电脑，社交网络分析，地理位置应用，web2.0等等，这些都寓言成真了！最后竟然连AR和移动机器人十年内不能实现都预言了。当然这不仅让人深思，这么说来，技术的发展不是一蹴而就的，确实是有迹可循的，而且有专门的机构就在研究这样的轨迹，提供非常重要和珍贵的参考资料，给商业机构，政府部门，还有每一个消费者。我从84个回答开始写，提交的时候已经有647个回答了，现在已经有150万次的浏览，其实很让人感慨。从各个大公司成立研究院，xxlab，到达摩院，西湖大学的成立，再到Pony万众瞩目的一问，似乎说明咱们中国人对于科技发展的认识和态度变得更加理智和成熟。当我们在为芯片焦头烂额的时候，回头看看美国和中国各自的科技发展历史。其实真的和HypeCycle描述的一样，所有的技术发展都需要有一个合理周期，也需要整个社会关注度的合理配合。从基础科学的广泛投入，重大科研资金的分配，学术界广泛地研究，再到到媒体的关注，商业机构的动态监视，最后是创业公司的兴起，大厂商的介入，即使亏损也要长期的投入的支持，才能促成一个又一个技术的真正落地，造福每个人。如果大家都仔细地去研究这个周期（当然是中国自己的周期），然后从政府到投资机构，再到消费者，在泡沫的顶峰少一些跟风和盲目，在创新的初始和幻灭时多一些耐心和扶持，中国的科技发展或许会更加健康和有竞争力。到时候，就是我们发布中国的科技发展曲线，让世界来学习了。最后，用技术观察家们最喜欢的Quote来结尾：“Wetendtooverestimatetheeffectofatechnologyintheshortrunandunderestimatetheeffectinthelongrun.”―RoyAmara请规范转载。2000-2016Gartner曲线EveryGartnerHypeCycleforEmergingTechnologiesSince2000。