世界経済フォーラム: 2021 年のトップ 10 新興テクノロジー

世界経済フォーラムの「トップ 10 新興テクノロジーレポート」10 周年記念版では、今後 3 ～ 5 年で世界に影響を与える可能性のある新しいテクノロジーがリストされています。

世界経済フォーラムとサイエンティフィック・アメリカンの専門家は、農業、健康、宇宙に革命をもたらす可能性のある技術の進歩を指摘している。

自家受粉作物、オンデマンド医薬品、呼吸を感知する診断、3Dプリント住宅などがすべてリストに載っています。

第26回国連気候変動会議において、各国は10年以内に温室効果ガス排出量を削減するための野心的な新たな目標を達成することを約束した。これらの約束を果たすには、グリーンテクノロジーの開発とその応用の拡大が重要です。

こうした技術のうち2つ、「グリーン」アンモニアの生産と、自ら肥料を生産する遺伝子組み換え作物は、どちらも農業をより持続可能なものにすることを目的としており、今年の新興技術リストに載った。

新興技術トップ10

病気を診断できる呼吸センサーから低電力デバイス向けのワイヤレス充電まで、今年のトップ新興技術リストには、環境、健康、インフラ、接続性に関連する刺激的な開発が満載されています。専門家たちは数十件の候補を精査し、現状を打破し、真の進歩を促す可能性のある一連の新しい技術開発を特定した。

2021 年のトップ 10 の新興テクノロジーをご紹介します。

脱炭素化の台頭

地球の大気中の過剰な二酸化炭素が熱を閉じ込め、地球温暖化を引き起こしていると科学者が提唱してから1世紀が経ち、その間、世界は日常生活のあらゆる側面の脱炭素化に取り組んできました。政府と産業界は、炭素排出量を削減するために画期的な取り組みを行ってきました。

今後3～5年でこれらの公約を実現するには、前例のない技術革新と、大規模なエネルギー貯蔵、低炭素/無炭素の化学資源、鉄道輸送の活性化、炭素隔離、低炭素農業、ゼロエミッションの車両と電源、世界的に合意されたコンプライアンス監視などの新興技術の導入を工業生産レベルまで拡大することが必要になります。

自ら肥料を作る作物

現在、作物の収穫量を増やすために、世界中で毎年 1 億 1,000 万トンを超える窒素肥料が使用されています。もし、大豆や大豆などのマメ科植物のように、作物が自ら窒素を捕らえて体内にアンモニアとして「固定」できたらどうなるでしょうか?最も重要な新興技術の一つとして、研究者たちは現在、トウモロコシや他の穀物など他の作物も自家受粉できるようにすることを目指している。

例えば、研究者たちは、マメ科植物と細菌の間の共生的な分子交換を模倣して、マメ科植物の天然肥料工場となる根粒を作り出す研究を行っています。もうひとつのアプローチは、通常は穀物の根に定着する（ただし通常は根粒を生成しない）土壌細菌に、大気中の窒素を植物に適合するアンモニアに変換する重要な成分である窒素固定酵素を生成するように教えることです。

病気を診断するために空気を吹き込む

近い将来、病気の検査は患者にとって息を吐くのと同じくらい簡単になるかもしれない。新しい呼吸センサーは、人間の呼吸に含まれる800種類以上の化合物の濃度をサンプリングすることで病気を診断することができます。たとえば、呼気中のアセトン濃度が上昇している場合、その患者は糖尿病を患っている可能性があります。これらのセンサーは、呼吸化合物が金属酸化物半導体を通過するときに電気抵抗の変化を感知します。次に、アルゴリズムがセンサーデータを分析します。

この新興技術が普及するまでにはまだ改良が必要ですが、2020年3月に中国の武漢で実施された研究では、このセンサーはCOVID-19ウイルスの検出において驚異的な95%の精度と、患者の特定において100%の感度を達成しました。

需要に応じて医薬品を生産する

今日の医薬品は、多くの場合、大量に製造されており、生産プロセス全体が複数のステップで構成され、プロセスのさまざまな部分が世界中に点在しています。このプロセスは完了するまでに数か月かかり、数百トンの材料が必要になるため、生産の一貫性と安定した供給に課題が生じる可能性があります。マイクロ流体工学とオンデマンド製造の進歩により、現在では少数の一般的な医薬品をオンデマンドで生産できるようになり、この技術がカバーする医薬品の数は今後ますます増えていくでしょう。

材料をパイプを通して小さな反応室に移動させるこのプロセスは、連続フロー製造とも呼ばれます。遠隔地や野戦病院では、これらの薬を携帯可能な機械で製造し、各患者に合わせた投与量に調整することができます。対処する必要がある課題の 1 つは、この新興技術の高コストを削減することです。

無線信号からの電力供給

モノのインターネット (IoT) は、何らかの機能のためにインターネットの接続性を活用する数十億の電子デバイスで構成されています。 IoT センサーは私たちの日常生活に不可欠なデータを報告します。これらは非常に低電力のデバイスであることが多いのですが、バッテリー寿命が限られているため充電を維持するのが難しく、また、一度設置すると触れることが難しい場合が多いです。

5G の登場により、十分な電力を持つ無線信号が利用可能になり、IoT センサー内の小さなアンテナがこれらの信号から電気を「収集」できるようになりました。この新興技術の初期形態は、料金所を通過する際にドライバーが発する無線信号によって駆動する自動「タグ」ですでに使用されている。

「健康寿命」を延ばすデザイン

世界保健機関は、2015年から2050年の間に、世界の人口に占める60歳以上の割合が12%から22%へとほぼ倍増すると予測しています。老化に伴い、がん、2 型糖尿病、認知症、心臓病などの急性疾患や慢性疾患が発生します。

研究者たちは、私たちがより長く生きるだけでなく、より健康に生きることにも役立つ可能性がある老化の分子メカニズムを初めて解明した。研究者は、ホログラフィック技術（例えば、細胞内のすべての遺伝子の活動やすべてのタンパク質の濃度を同時に定量化できる）とエピジェネティクスからの洞察を活用して、病気の強力な予測因子となるバイオマーカーを特定し、積極的な治療の方向性とターゲットを提供しています。

アンモニアが環境に優しくなる

世界の食糧需要を満たすには、作物にアンモニア肥料を与える必要があることが多く、しかも大量に必要となる。肥料用のアンモニアを合成するには、大量の水素を必要とするハーバーブッシュ法と呼ばれるエネルギー集約型の方法が必要です。現在、ほとんどの水素は電気分解（電気を使って水分子を分解する）または炭化水素の高温分解によって生成されています。現在、これら両方のプロセスを実行するために必要なエネルギーにより、大量の温室効果ガスが排出されています。

再生可能エネルギーが一般的になりつつある現在、温室効果ガスを排出しない「グリーン」な水素が開発されつつあります。グリーン水素は、大気から余分な炭素を除去するだけでなく、化石燃料をエネルギー源として使用した場合に含まれる汚染化学物質も使用しません。この純度により、アンモニアの生成を促進するより効率的な触媒作用が可能になります。

バイオマーカーデバイスがワイヤレス化

誰も針は好きではありません。しかし、多くの一般的な急性疾患や慢性疾患では、がん治療、糖尿病、その他の疾患の進行を追跡するために重要なバイオマーカーを監視するために、多かれ少なかれ頻繁な採血が必要になります。低電力無線通信と、光学プローブおよび電子プローブを使用した新しい化学センシング技術の進歩により、重要な医療情報を非侵襲的に継続して監視することが可能になっています。

100 社を超える企業が、世界的に蔓延している糖尿病に焦点を当て、さまざまなシナリオ向けにワイヤレスバイオマーカーセンシングデバイスを導入または開発しています。ワイヤレス接続により、データが即座に利用可能になり、必要に応じて遠隔地の医療専門家がリアルタイムで介入できるようになります。

地元の材料から作られた家

大規模な住宅の3Dプリントは、米国やその他の先進国ではすでに限定的に実施されている。インフラが限られているため資材の輸送が困難な発展途上国では、3D プリンターを使用した最近の取り組みにより、現地で調達した資材、粘土、砂、地元の繊維から建物を印刷できるようになり、建設現場に輸送する必要のある資材の約 95% が削減されました。

この新しい技術により、住宅需要が深刻で、有効な交通網が利用できない遠隔地でも、堅牢なシェルターを建設できるようになる可能性があります。この結果は、これまで取り残されてきた国々にとって、状況を一変させるものとなる可能性がある。

宇宙は世界をつなぐ

モノのインターネット (IoT) のセンサーは、天気、土壌の状態、湿度、作物の健康状態、社会的な出来事、その他無数の貴重なデータセットに関する重要な情報を記録して報告できます。最近では、地球低軌道上に無数の低コストの超小型衛星が登場し、世界中のデータを収集して中央施設にダウンロードして処理できるようになったため、IoT は、これまでアクセスできず従来のインターネットインフラストラクチャがなかった開発途上地域も含め、世界中で何が起こっているかをこれまでにないほど可視化できるようになります。

セキュアなデータリンクの低電力や低軌道衛星の寿命の短さなどの問題は残っていますが、着実な進歩により、今後3～5年以内に世界規模で導入できるようになると予想されています。