自2001年起，我们每年都会选出我们眼中的“十大突破性技术”。

人们通常会问，你们所说的“突破性”指的是什么？这个问题问得合情合理：我们选出的技术中有些并没有得到广泛应用，然而有些则即将实现商业化。实际上，我们寻找的是即将对我们的生活产生深远影响的单项技术或者一系列技术。今年，人工智能领域一项被称作GAN的技术正在赋予机器想象力；人造胚胎，尽管面临棘手的伦理限制，但它正在重新定义生命产生的方式，为关于人类生命发展早期阶段的研究打开了一扇窗户。

在可预见的未来，天然气很有可能是我们的主要能源来源之一，而一家位于德克萨斯州化工产业中心的实验性工厂正在尝试利用天然气来创造清洁能源。这些，以及这份榜单上的其他技术，都值得我们密切关注。

01、3D金属打印

入选理由：新型设备首次让3D打印金属零部件成为实用型技术

技术突破：3D金属打印机实现了低成本快速金属物体打印

重大意义：按需打印大型复杂金属物体的能力将为制造业带来变革

主要研究者：Markforged、Desktop Metal、GE等

成熟期：现在

虽然 3D 打印技术已经存在了几十年，但它之前仍然局限在业余爱好者和设计师的小圈子内，只是用来制造一次性原型。而且，之前的 3D 打印技术使用任何非塑料材料（尤其是金属）时，成本非常昂贵，速度也慢得让人无法接受。不过现在，随着成本越来越低，使用也越来越简单，这项技术有望成为可用于零部件生产的实用技术。如果它被广泛应用，将有可能改变我们大规模量产产品的方式。

短期来看，有了这项技术后，制造商们将不再需要维持大量的库存，他们可以按需地打印一个部件。

长期来看，那些大规模生产某一特定零部件的大工厂将会被产品线丰富的小工坊所取代。这些小工坊将能按照顾客的需求随时打印出各种各样的零部件。

这项技术的优势在于它可以生产出更轻、更坚固的金属零部件，以及用传统金属加工方法无法制造出来的复杂形状的零部件。它甚至还可以在制造过程中精确调控金属的微观结构。2017 年，来自劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）的研究人员宣布他们研发出了一种 3D 打印不锈钢零部件的方法，通过这种方法生产出来的零部件的强度是通过传统方法生产出来的两倍。

同样在 2017 年，位于波士顿附近的 3D 打印初创公司 Markforged 发布了第一台价格在 10 万美元以下的 3D 金属打印机。

而另一家位于波士顿地区的 3D 打印初创公司 Desktop Metal 也在 2017 年 12 月开始交付他们的第一台 3D 金属原型打印机。该公司还计划推出体积更大的、用于工业制造的打印机，它们的速度将会比之前的 3D 金属打印机快 100 倍。3D 金属打印的操作如今也变得越来越容易。Desktop Metal 公司现在推出了一款用于 3D 金属打印的软件。使用者只要在软件中输入他们所要打印的物体规格，软件就会生成一个适用于 3D 打印的计算机模型。

GE 公司长期以来一直将 3D 打印技术用于它的航空产品生产中。早在 2013 年“十大突破性技术”中就曾提到“增材制造”（Additive Manufacturing）。

该公司现在也正在测试一款新型 3D 金属打印机，该打印机打印速度很快，可用于大型零部件的生产。而 GE 计划在 2018 年开始销售该 3D 金属打印机。

02、完美网络隐私

入选理由：原本为加密货币的交易过程开发的一种工具，现在能让你在上网时避免透露任何非必要信息

技术突破：计算机科学家正在完善一款加密工具，可以在不透露非必要信息的前提下完成验证

重大意义：如果你需要透露个人信息以在网上完成某件事，这个方法可以让你在免除隐私泄漏或身份被盗窃风险的同时轻松实现

主要研究者：Zcash、摩根大通、荷兰国际集团等

成熟期：现在

多亏一款新工具的出现，真正的互联网隐私终于可以实现了。

举个例子，该工具可以让你不用透露出生日期就能证明自己年满 18 岁，或者不用透露自己的银行余额或其他细节，就能证明自己在银行有足够的存款可以完成金融交易。

这样就大大降低了隐私泄漏或身份盗用的风险。这款工具是一种叫做“零知识验证”（zero-knowledge proof）的新密码协议。

尽管研究人员已经研究了几十年，但直到去年人们对零知识验证的兴趣才开始暴增，某种程度上，这要得益于人们对加密货币日益增长的热情，以及大多数加密货币都为机构所拥有的的现实。

同时，很大一定程度上也得益于 2016 年末建立的电子货币——Zcash 把零知识验证应用于实际。Zcash 的研发人员使用一种叫做 zk-SNARK（简明非交互零知识验证）的方法让用户进行匿名交易。通常，这在比特币以及其他公共区块链系统中是不可能实现的，比特币以及其他公共区块链系统中的交易对所有人都是公开透明的。

尽管理论上来说，这些交易都是匿名的，但通过与其他数据进行结合，还是可以追踪到甚至识别出交易人。世界第二大区块链网络以太坊创始人 Vitalik Buterin 将 zk-SNARK 称为一项“彻底改变游戏规则的技术”。

去年，摩根大通将 zk-SNARK 添加到自己基于区块链的支付系统中。不过尽管 zk-SNARK 承诺种种好处，但计算量大，运行缓慢。

同时，zk-SNARK 需要“信任安装”，所生成的密钥如果落入坏人之手就可以破坏整个系统。不过，研究人员正在努力研究替代方案，希望可以更加高效地部署零知识验证，同时不需要上述密钥。

03、零碳天然气发电

入选理由：一种针对天然气发电厂的新工程学方法，将二氧化碳回收再利用

技术突破：一家发电厂能够以廉价高效的方式捕捉天然气燃烧释放的碳元素，避免了温室气体的排放

重大意义：天然气发电为美国提供了近 32% 的电力，其碳排放量也达到电力部门总碳排放量的 30%

主要研究者：8 RiversCapital、Exelon 电力公司、CB&I等

成熟期：3-5 年

在可预见的未来，我们可能要一直将天然气作为主要的发电能源之一。现成又便宜的天然气发出的电占美国总发电量的 30%, 全世界发电量的 22%。天然气虽然比煤炭清洁得多，仍造成了大量的碳排放。

在美国炼油工业区的中心休斯顿城外出现了一家前沿发电厂，他们正在测试一项可以实现清洁天然气能源的技术。

这家公司拥有 50 兆瓦特的项目，他们就是 Net Power。该公司相信他们能捕获天然气发电过程中释放的所有二氧化碳，同时又能够以低廉的成本发电，至少和标准天然气发电厂的成本相同。如果此举真的可以实现，就意味着从此就可以以合理的价格从化石燃料中获得零碳能源。这样的天然气发电必会改善能源供给的局面，因为它既不像核能那样成本高企，也不像可再生能源那样供给不稳。

Net Power 公司是 8 Rivers Capital，Exelon 电力公司以及 CB&I 能源公司合作的产物。这家公司的发电厂已经在试运行且开始了初始测试，他们打算在未来几个月内就公布初次评估的结果。

这家发电厂将燃烧天然气产生的二氧化碳放置到高压高温的环境中，并用合成的超临界二氧化碳作为“工质”，驱动一个特制的涡轮机。其中，大部分的二氧化碳都能被不断地再利用，剩下不能利用的可以用一种低成本的方式捕获。降低成本的关键在于出售部分二氧化碳。目前二氧化碳主要用于协助开采原油。这个市场容量有限，也并不环保。然而最终 Net Power 希望其他行业对二氧化碳的需求能够涨起来，比如水泥制造业、塑料制造业及其他碳基材料行业。

Net Power 的科技并不能解决天然气带来的所有问题，尤其是开采方面的问题，但是只要我们还在使用天然气，就应该让天然气变的更清洁。