ندا اظهری، مترجم: هر ساله، نوآوری‌های چشمگیری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی در سراسر جهان پدیدار می‌شوند. بسیاری از آن‌ها نویدبخش آینده‌ای درخشان هستند، اما تنها تعداد اندکی از آن‌ها با موفقیت از کشف علمی به کاربرد در دنیای واقعی جهش می‌کنند.

طی ۱۴ سال گذشته، گزارش «۱۰ فناوری برتر نوظهور» مجمع جهانی اقتصاد با هدف تغییر این وضعیت، نه‌تنها بر فناوری‌های پیشرفته‌ای تمرکز داشته که پتانسیل عبور از این آستانه را دارند، بلکه به جوامع کمک می‌کند تا در مواجهه با چالش‌های پیچیده، خود را با شرایط وفق داده و شکوفا شوند.

این گزارش هدف روشنی را دنبال می‌کند: تسریع گفت‌وگوهای آینده‌نگر و شکل‌دهی به دستورکارهای فناوری با پیوند دادن تحقیقات پیشرفته با کسانی که می‌توانند به پیشرفت آن کمک کنند. با شناسایی فناوری‌ها در نقطه‌عطف خود -جایی که دستاوردهای علمی با پتانسیل عملی تلاقی می‌کنند- بینش‌های لازم برای تصمیم‌گیری‌های آینده‌نگرانه در چشم‌اندازی که به‌سرعت در حال تحول است، در اختیار رهبران دولت، تجارت و علم قرار می‌گیرد.

انقلاب صنعتی چهارم با سرعت ادامه دارد و گزارشی که امسال ارائه شده است، با عرضه مجموعه‌ای چشمگیر از پیشرفت‌های یکپارچه به شکاف‌ها و نگرانی‌های جهانی می‌پردازد. هرکدام از فناوری‌هایی که در این گزارش عنوان شده‌اند، بر اساس تازگی، پیشرفت و توسعه، و پتانسیل تحول‌آفرینی‌شان، به‌دقت ارزیابی شده‌اند.

از موادی که انرژی را در ساختار خود ذخیره می‌کنند تا درمان‌های جدید برای بیماری‌های عصبی، این نوآوری‌ها فراتر از تئوری رفته و ظرفیت تقویت توانایی جامعه برای سازگاری و شکوفایی را نشان داده‌اند. درواقع، هرکدام از این فناوری‌ها بیانگر یک نقطه‌عطف حیاتی‌اند که در آن، دستاوردهای علمی با پتانسیل عملی برای رفع نیازهای جهانی تلاقی می‌کنند.

فناوری‌ها چگونه انتخاب شدند؟

فناوری‌ها از طریق یک نظرسنجی انتخاب شدند که در شبکه شوراهای آینده جهانی مجمع جهانی اقتصاد، شبکه‌ سردبیران Frontiers (متشکل از سردبیران مؤسسات برتر جهان) و اعضای کمیته راهبری «۱۰ فناوری برتر نوظهور» توزیع شده بود.

تعریف این گزارش از «فناوری‌های نوظهور»، هم نوآوری‌های کاملاً جدید و هم فناوری‌های تثبیت‌شده‌ای را دربرمی‌گیرد که به روش‌های جدید و دگرگون‌کننده به کار گرفته می‌شوند. این رویکرد فراگیر اذعان دارد که ظهور فناوری از مسیرهای متعددی رخ می‌دهد؛ چه از طریق اکتشافات نوآورانه و پیشگامانه و چه از طریق بهره‌گیری از فناوری‌های موجود برای حل مشکلات به روش‌هایی که می‌توانند تأثیری تازه و قابل توجه ایجاد کنند.

شرکت‌کنندگان در این نظرسنجی که نماینده جامعه جهانی دانشگاهیان و محققان مورد اعتماد هستند، اطلاعاتی در مورد فناوری‌های معرفی‌شده -از جمله نام فناوری، توضیحات، پیشرفت‌های کلیدی، مطالعات موردی، چگونگی تأثیر آن بر اقتصاد، محیط زیست و جامعه و نیز خطرات احتمالی همراه آن- ارائه دادند.

در سال ۲۰۲۵، بیش از ۲۵۰ فناوری معتبر از سوی متخصصان صنعت و دانشگاه معرفی شد. برای غربالگری این موارد، تحلیل‌گر روند هوش مصنوعی که توسطFrontiers  توسعه یافته است، فناوری‌های کاندیدشده را طرح‌ریزی و با فراوانی آن‌ها در مقالات دانشگاهی طی یک دوره یک‌ساله تطبیق داده است.

هرکدام از این فناوری‌ها با استفاده از چهارچوب «تاب‌آوری برای رشد پایدار و فراگیر» کنسرسیوم تاب‌آوری مجمع جهانی اقتصاد، و با تمرکز بر پتانسیل آن‌ها برای مقابله با چالش‌های سیستمی و کمک به ایجاد ظرفیت انطباق برای نسل‌های آینده، ارزیابی شدند. سپس فناوری‌های رتبه‌بندی‌شده با حذف فناوری‌هایی که در نسخه‌های پیشین گزارش ارائه شده بودند، فیلتر شدند.

داده‌های تأمین مالی کسب‌وکار نیز برای پشتیبانی از تحلیل هر یک از فناوری‌های برتر اضافه شد و بینشی درباره اعتماد بازار و پتانسیل تجاری‌سازی آن‌ها ارائه داد. در نهایت، فهرستی نهایی شامل ۲۰ فناوری، توسط کمیته‌ای متشکل از متخصصان ارزیابی شد؛ معیارهایی چون تازگی، تأثیر اجتماعی یا اقتصادی، و عمق نفوذ و گستره تأثیر فناوری مورد توجه قرار گرفت.

آمادگی اکوسیستمی برای فناوری‌های نوظهور

در گزارش ۲۰۲۵، یک نقشه‌ آمادگی اکوسیستمی برای هر فناوری ارائه شده است. این تحلیل، میزان آمادگی زیرساخت‌های اجتماعی برای این فناوری‌ها را برای مقیاس‌پذیری و دستیابی به تأثیر پیش‌بینی‌شده‌شان ارزیابی می‌کند.

برای هر فناوری، بینش‌هایی از کمیته راهبری ۱۰ فناوری برتر نوظهور، شبکه‌ سردبیران Frontier  و آینده‌پژوهان بنیاد آینده دبی گردآوری شد. این متخصصان، آمادگی را در پنج بُعد کلیدی ارزیابی کردند که با تحلیل STEEP (اجتماعی، فناوری، زیست‌محیطی، اقتصادی و سیاسی) شناخته می‌شوند.هرکدام از این ابعاد، در مقیاسی چهار امتیازی، از «بدون آمادگی» تا «آمادگی بالا»، رتبه‌بندی شده‌اند. این ارزیابی‌ها به شناسایی شکاف‌های اساسی کمک می‌کنند که باید پیش از رسیدن فناوری‌ها به پتانسیل کامل‌شان، برطرف شوند و زمینه‌ ارزشمندی برای تصمیم‌گیران در بخش‌های مختلف فراهم می‌کنند. چشم‌اندازهای استراتژیک این گزارش توسط بنیاد آینده دبی (DFF) تدوین شده‌اند؛ به‌گونه‌ای که برای هر فناوری منتخب، ورودی‌هایی شامل پژوهش‌های دانشگاهی، تحلیل بازار و تحلیل عمیق آینده‌نگرانه از محرک‌ها و پیامدهای کلیدی در نظر گرفته شده است.

1- کامپوزیت‌های ساختاری باتری (SBC)

کامپوزیت‌های ساختاری باتری (SBC)، ادغامی نوآورانه از انرژی و مهندسی هستند. این کامپوزیت‌ها، علاوه بر تحمل بار مکانیکی، قابلیت ذخیره‌سازی انرژی قابل شارژ را نیز دارند؛ به این معنی که می‌توانند انرژی را مانند باتری‌های لیتیوم-یونی سنتی ذخیره کنند و همزمان به عنوان اجزای سفت و سخت در وسایل نقلیه یا سازه‌هایی که با باتری تغذیه می‌شوند، عمل کنند. در مقابل، اجزای الکتروشیمیایی باتری‌های سنتی در محفظه‌ای قرار می‌گیرند که بدون هیچ مزیت ساختاری، وزن کلی را افزایش می‌دهد. SBC‌ها می‌توانند از موادی مانند فیبر کربن، رزین اپوکسی یا سایر مواد سبک و مستحکم ساخته شوند و قابلیت چاپ سه‌بعدی دارند. همچنین، می‌توان آن‌ها را از نظر مساحت سطح و استحکام ساختاری بهینه کرد تا راندمان کاری افزایش یابد. این کامپوزیت‌ها در طیف گسترده‌ای از کاربردها، از وسایل نقلیه الکتریکی گرفته تا فناوری‌های هوافضا، مورد استفاده قرار می‌گیرند.

پیشرفت‌های علم مواد در چند دهه گذشته، به ویژه در زمینه‌های مواد کامپوزیت، باتری‌ها و الکتروشیمی، منجر به توسعه کامپوزیت‌های ساختاری باتری شده است. این فناوری اگرچه هنوز در مراحل اولیه تجاری‌سازی قرار دارد، اما پیشرفت‌های قابل توجهی را تجربه کرده است.

در آینده، SBC‌ها این امکان را فراهم می‌کنند که تمام پنل‌های بدنه خودروها نیز قادر به ذخیره انرژی باشند. به عنوان مثال، ایرباس در حال حاضر در حال آزمایش SBC‌ها برای استفاده در هواپیماهای خود است، در حالی که تحقیقات دانشگاهی همچنان به بررسی مواد و روش‌های جدید برای بهبود عملکرد آن‌ها ادامه می‌دهد. کاربردهای در حال بررسی شامل پنل‌های بدنه خودرو با قابلیت ذخیره انرژی، قاب پهپادها و همچنین استفاده در بدنه هواپیما در آینده است.

با وجود پتانسیل بالای این فناوری، چالش‌های فنی مانند دستیابی به چگالی بالای ذخیره‌سازی انرژی، پایداری طولانی‌مدت، ایمنی، دوام و مقرون به صرفه بودن، مانع از استفاده گسترده از آن شده است. با بلوغ مواد این کامپوزیت‌ها، لازم است مجموعه‌ای جدید از مقررات و استانداردهای ایمنی تدوین شود تا بتواند مورد پذیرش گسترده قرار گیرد.

از نقاط عطف کلیدی این فناوری می‌توان به ادغام مواد سبک مانند فیبر کربن با فناوری باتری و ایجاد باتری‌های چندلایه اشاره کرد که می‌توانند هم به عنوان اجزای ساختاری و هم به عنوان واحدهای ذخیره‌سازی انرژی عمل کنند. این فناوری از نظر اقتصادی، با کاهش میزان مواد اولیه، هزینه‌های تولید را کاهش می‌دهد که به نوبه خود منجر به کاهش وزن کلی وسایل نقلیه و هواپیما می‌شود. وسایل نقلیه سبک‌تر نیز به سوخت کمتری برای کار نیاز دارند. از نظر زیست‌محیطی نیز، این کامپوزیت‌ها می‌توانند به طراحی‌هایی با بهره‌وری انرژی بالاتر و کاهش نیاز به مواد اولیه منجر شوند.

از منظر چشم‌انداز استراتژیک، همگرایی علم مواد و فناوری انرژی از طریق کامپوزیت‌های ساختاری باتری، نقطه‌عطفی حیاتی برای صنایع جهانی محسوب می‌شود. در دهه آینده، این مواد نوآورانه پتانسیل ایجاد تغییرات اساسی در نحوه نگرش به زیرساخت‌ها، ذخیره‌سازی انرژی و طراحی محصول در بخش‌های مختلف را دارند. در حال حاضر، ۸۵ درصد لیتیوم جهان تنها توسط سه کشور پالایش می‌شود؛ کامپوزیت‌های ساختاری باتری می‌توانند با تنوع‌بخشی و تمرکززدایی از زنجیره‌های تأمین، به تولیدکنندگان انرژی، گزینه‌های متنوع‌تری ارائه دهند. این تحول فناوری می‌تواند وابستگی‌های اقتصادی جهانی را تغییر داده و رویکرد ملت‌ها را به زیرساخت‌های انرژی و حاکمیت فناوری متحول کند.

در بخش خودرو، کاهش ۱۰ درصدی وزن خودرو می‌تواند بهره‌وری سوخت را ۶ تا ۸ درصد بهبود بخشد و برد خودروهای برقی را ۷۰ درصد افزایش دهد. در صنعت هوانوردی نیز، بهبود بالقوه ۱۵ درصدی بهره‌وری سوخت در پروازهای طولانی‌مدت متصور است.

2- سیستم‌های انرژی اسمزی

سیستم‌های انرژی اسمزی در تبدیل اختلاف شوری آب به انرژی نقش دارند. این سیستم‌ها از روش‌های متنوعی برای تولید انرژی از اختلاف غلظت نمک در دو منبع آب استفاده می‌کنند. چنین سیستم‌هایی پاک، تجدیدپذیر و کم‌اثر بوده و منبع انرژی پایداری را فراهم می‌کنند. در مقابل، انرژی تولید شده توسط منابع تجدیدپذیر مانند انرژی خورشیدی و بادی ممکن است در طول روز، بسته به شرایط آب و هوایی، نوسانات زیادی داشته باشد.

این مفهوم اولین بار در سال ۱۹۷۵ مطرح شد، اما در آن زمان به دلیل محدودیت‌های عملکرد غشا، از جمله جریان ناکافی از طریق غشا و توان تولیدی پایین، حتی در سیستم‌های با مساحت بزرگ‌تر، قابل پذیرش نبودند. برای رفع این مشکلات، پیشرفت‌های اخیر منجر به تولید مواد و طرح‌های جدیدی شده است که جریان از طریق غشاها را تسهیل می‌کند.

دو طرح کلی برای سیستم‌های قدرت اسمزی وجود دارد.

-اسمز با تأخیر فشار (PRO): این طرح از یک غشای نیمه‌تراوا با طراحی خاص استفاده می‌کند که فقط به آب اجازه می‌دهد از محیطی با شوری پایین به محیطی با شوری بالا حرکت کند. افزایش حجم آب در یک سمت غشا، اختلاف فشاری ایجاد می‌کند که می‌تواند توربینی را به حرکت درآورد. این توربین، ژنراتوری را چرخانده و برق تولید می‌کند.

-الکترودیالیز معکوس (RED): این طرح از غشاهای تبادل یونی استفاده می‌کند که به طور انتخابی به یون‌های با بار مثبت (کاتیون‌ها) و یون‌های با بار منفی (آنیون‌ها) اجازه می‌دهند تا به سمت مخالف غشا حرکت کنند. این جریان بار، مستقیماً برق تولید می‌کند.

این پیشرفت‌ها هم در مرحله آزمایشگاهی بوده و هم در حال توسعه به سمت نیروگاه‌های تجاری هستند. علاوه بر تولید برق، فناوری RED پتانسیل استفاده در فرآیندهایی مانند تولید آب تصفیه‌شده و بازیابی لیتیوم، نیتروژن و دی‌اکسید کربن (CO2) از آب را نیز دارد.

نیروگاه‌های اسمزی نسل‌های قبلی با مشکلاتی مانند گرفتگی غشا و هزینه‌های بالا مواجه بودند، اگرچه پیشرفت‌های اخیر عملکرد آن‌ها را بهبود بخشیده است. این فناوری بر اصول علمی روشن برای استخراج انرژی از تفاوت شوری آب استوار است.به نظر می‌رسد پس از سرمایه‌گذاری‌های مالی کافی و طی فرآیندهای صدور مجوز و ارزیابی اثرات زیست‌محیطی و اجتماعی، موانع نسبتاً کمی برای پذیرش گسترده سیستم‌های انرژی اسمزی وجود دارد.از منظر چشم‌انداز استراتژیک، سیستم‌های انرژی اسمزی با پتانسیل تولید سالانه ۵۱۷۷ تراوات ساعت، که تقریباً یک‌پنجم نیاز جهانی به برق است، رویکردی منحصر به فرد برای تولید انرژی ارائه می‌دهند. در صورت توسعه در مقیاس بزرگ، این فناوری می‌تواند نحوه مدیریت منابع آب توسط جوامع را متحول کرده و همزمان قابلیت‌های جدید تولید انرژی را در محیط‌های ساحلی ایجاد کند.مهم‌ترین فرصت ایجاد شده توسط این فناوری، توانایی آن در ادغام تولید انرژی با مدیریت آب است. شرکت‌های خدمات رفاهی ممکن است سیستم‌های تجدیدپذیر هیبریدی را توسعه دهند که انرژی اسمزی را با فناوری‌های بادی، خورشیدی و آبی ترکیب کرده و شبکه‌های انرژی سازگارتر و مقاوم‌تری ایجاد کنند. کشورهای ساحلی می‌توانند به ویژه از راه‌حل‌های انرژی غیرمتمرکز بهره‌مند شوند که انعطاف‌پذیری انرژی محلی را افزایش می‌دهند.با بلوغ این فناوری، رویکردهای جهانی به مدیریت منابع تغییر خواهد کرد. سرمایه‌گذاری‌هایی مانند بودجه ۲۵ میلیون یورویی شرکت Sweetch Energy، نشان‌دهنده افزایش اعتماد به پتانسیل این فناوری است. به همان اندازه، پتانسیل این فناوری فراتر از تولید انرژی گسترش یافته و رویکردهای جدیدی را برای تصفیه آب و بازیابی منابع فراهم می‌کند که بسیار تحول‌آفرین است. فناوری‌های نیروی اسمزی می‌توانند رویکردهای جدیدی را برای نمک‌زدایی فراهم کنند و در عین حال منابع حیاتی مانند لیتیوم را در طول فرآیند بازیابی کنند. این امر می‌تواند سیستم‌های به‌هم‌پیوسته‌ای ایجاد کند که در آن‌ها، مدیریت آب، تولید انرژی و استخراج منابع به صورت یکپارچه در هم می‌آمیزند.

3-  فناوری‌های پیشرفتۀ هسته‌ای

فناوری‌های پیشرفته هسته‌ای، باعث پیشرفت در زمینه تولید برق از انرژی هسته‌ای نسل بعد می‌شوند. تقاضای انرژی به سرعت در حال افزایش است که ناشی از افزایش حمل و نقل برقی و فناوری‌های نوظهور مانند هوش مصنوعی و تلاش برای کربن‌زدایی برای پیشبرد اهداف اقلیمی است. شبکه‌های برق در سطح جهان باید برای پاسخگویی به بار‌های رو به رشد و درعین حال حفظ قابلیت اطمینان، تاب‌آوری و مقرون به صرفه بودن، رشد کنند. موج تازه‌ای از نوآوری‌های فناورانه در انرژی هسته‌ای در پیش است تا به تقاضا برای گزینه‌های انرژی سبز پاسخ دهد. راکتور‌های نسل سه در درجه اول راکتور‌های خنک‌شونده با آب تحت فشار بوده و سوخت‌های مقاوم در برابر حادثه و سیستم‌های ایمنی بهبودیافته را در خود جای داده‌اند. به موازات آن، راکتور‌های نسل چهارم، سیالات خنک‌کننده جایگزین مانند فلزات مذاب، نمک‌های مذاب یا گاز‌هایی مانند هلیوم را پیشنهاد می‌کنند. این خنک‌کننده‌های جایگزین در دما‌های بالاتر و فشار‌های پایین‌تر کار می‌کنند، طراحی راکتور‌ها را تسهیل کرده، ایمنی را بهبود می‌بخشند و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند. 

همچنین روند رو به رشدی به سمت کاهش مقیاس نیروگاه‌ها وجود دارد به‌طوری‌که طرح‌هایی وجود دارد که امکان تولید اجزای کلیدی در کارخانه و سپس انتقال آن‌ها به محل را فراهم می‌کند. این راکتور‌های مدولار کوچک (SMR) معمولاً حدود یک‌سوم ظرفیت تولید راکتور‌های انرژی هسته‌ای سنتی را پوشش می‌دهند. استقرار چند SMR یکسان برای دستیابی به خروجی‌های توان، هزینه‌های بالا و چرخ‌های طراحی طولانی، یک راکتور سفارشی را از بین برده و SMR‌ها را برای تولید پراکنده برق مورد توجه قرار می‌دهد. کشور‌ها بودجه عمومی قابل توجهی را برای حمایت از راکتور‌های کوچک و متوسط در مقیاس بزرگ و طرح‌های خنک‌کننده جایگزین اختصاص می‌دهند. این سرمایه‌گذاری‌ها به تأسیسات جدید تولید سوخت و کارخانه‌های غنی‌سازی نیز گسترش می‌یابد و استقرار آن‌ها را تا پایان این دهه امکان‌پذیر می‌کند. در حال حاضر، تنها چند کشور در راکتور‌های بزرگ خارج از روسیه و چین سرمایه‌گذاری می‌کنند. قابل توجه‌ترین سرمایه‌گذاری هم مربوط به کره جنوبی با 26 راکتور هسته‌ای می‌شود که یک‌سوم برق این کشور را تشکیل می‌دهد و استراتژی انرژی پاک امارات متحده عربی شامل سرمایه‌گذاری 163 میلیارد دلاری تا سال 2050 است تا نیمی از برق آن از انرژی هسته‌ای و تجدیدپذیر تأمین شود. دو راکتور تحت فشار اروپایی (EPR) و دو راکتور AP1000 در سال‌های اخیر در آمریکا به بهره‌برداری رسیده‌اند. در حوزه SMR، روسیه و چین در حال حاضر کارخانه‌های عملیاتی دارند در صورتی که کشور‌های غربی به سرعت در حال پیشرفت در طراحی، ساخت‌وساز و چهارچوب‌های نظارتی برای ایجاد یک صنعت رقابتی هستند. 

چشم‌انداز استراتژیک این فناوری نشان می‌دهد فناوری‌های پیشرفته هسته‌ای، به ویژه راکتور‌های کوچک و راکتور‌های خنک‌شونده با گاز، مسیری امیدوارکننده برای دستیابی به انرژی پاک و قابل اعتماد ارائه می‌دهند. این فناوری‌ها در مقایسه با نیروگاه‌های هسته‌ای سنتی، مکان‌یابی انعطاف‌پذیری را با ایمنی بهبودیافته ادغام کرده و آن‌ها را به عنوان عوامل کلیدی آینده انرژی پایدار قرار می‌دهند. تا سال 2030، نیروگاه‌های کوچک می‌توانند چگونگی بازتولید برق را تعریف کنند. این واحد‌های ساخته شده در کارخانه قادر به خدمت‌رسانی به جوامع دورافتاده یا اضافه شدن به سایت‌های صنعتی موجود هستند و دسترسی به برق پایدار و بدون کربن را گسترش می‌دهند. این انعطاف‌پذیری به پشتیبانی از ادغام منابع انرژی تجدیدپذیر متغیر کمک کرده و طراحی مدولاری که دارند، پایداری شبکه را افزایش می‌دهد. نیروگاه‌های کوچک، دسترسی فناوری هسته‌ای را به مناطقی که پیش‌تر برای نیروگاه‌های بزرگ قدیمی غیرقابل دسترس بودند، گسترش می‌دهند. با نگاهی به آینده، ظرفیت هسته‌ای جهان می‌تواند بین سال‌های 2020 تا 2050 دو برابر شود تا از اهداف جلوگیری از انتشار گاز‌های گلخانه‌ای حمایت کند. درحالی‌که هزینه‌های اولیه بالای سرمایه همچنان یک چالش اساسی است، تلاش برای طراحی‌های استاندارد راکتور، مسیری را برای استقرار مقرون به صرفه‌تر ارائه می‌دهد. 

4- درمان‌های زندۀ مهندسی شده

درمان‌های زنده مهندسی شده، میکروب‌هایی هستند که برای ارائه درمان‌های موردنیاز طراحی شده‌اند. این درمان‌ها، سیستم‌های پروبیوتیک پیشرفته‌ای مانند میکروب‌ها، سلول‌ها و قارچ‌های مرتبط با سلامت انسان هستند که برای تولید مواد درمانی مانند دارو‌ها، آنزیم‌ها و هورمون‌ها به شیوه‌ای کنترل شده و پایدار توسعه داده می‌شوند. برای فعال‌سازی این سیستم، کد ژنتیکی حاوی دستورالعمل‌هایی برای تولید مواد درمانی به سیستم‌ها وارد می‌شود. یکی از ویژگی‌های مهم این رویکرد، توانایی گنجاندن مکانیسم‌های کنترل بیولوژیکی است که تولید درمانی را تنظیم می‌کنند؛ چه از طریق محرک‌های مدیریت شده توسط بیمار یا در پاسخ به سیگنال‌های بیماری خاص و بالینی شناخته شده که فعال‌سازی دقیق و ایمن را تضمین می‌کند. تولید درون بدن بیمار نویدبخش غلبه بر کاستی‌های اساسی دارو‌های مرسوم، به ویژه برای دارو‌های زیستی پرهزینه است. این دارو‌ها در حال حاضر در آزمایشگاه و با استفاده از رده‌های سلولی اصلاح‌شده، تولید می‌شوند و پس از آن، خالص‌سازی، پردازش و فرمولاسیون گسترده‌ای روی آن‌ها انجام می‌شود. تولید مستقیم دارو‌ها در بدن، نیاز به مراحل پایین‌دستی را از بین می‌برد که معمولاً 70 درصد از هزینه‌های تولید را تشکیل می‌دهند. همچنین، برای دارو‌هایی که نیاز به تجویز دوباره از طریق تزریق دارند، تولید پایدار درون بدن بیمار، تأمین طولانی‌مدت و پایدار دارو و افزایش پایبندی بیمار به درمان را تضمین می‌کند که در موادی مانند درمان دیابت اهمیت بالایی پیدا می‌کند. 

در حال حاضر، مطالعات گسترده‌ای در آمریکا، اروپا و چین روی این پیشرفت‌های دارویی در زیست‌شناسی مصنوعی و مهندسی ژنتیک صورت گرفته است و چند شرکت هم در حال توسعه این فناوری برای استفاده تجاری هستند. به عنوان مثال، شرکت Chariot Bioscience آمریکا، در حال بررسی پلتفرم‌های میکروبی است که پس از یک دوز، دارو‌های درمانی را وارد جریان خون می‌کنند که نیاز بیمار به تزریق‌های مکرر را به طور چشمگیری کاهش می‌دهند. یک شرکت فنلاندی هم در حال انجام آزمایش‌های بالینی فاز دوم با استفاده از باکتری‌های اسیدلاکتیک پروبیوتیک اصلاح‌شده برای تولید همزمان سه پروتئین درمانی در درمان زخم‌های پای دیابتیک است. 

در چشم‌انداز استراتژیک، فناوری درمان‌های زنده مهندسی‌شده، بازتصویر نویدبخشی از پزشکی را نه به عنوان یک درمان مرسوم، بلکه به عنوان یک سیستم زنده درون بدن ارائه می‌دهند. این رویکرد می‌تواند تولید دارو را از تأسیسات دارویی به فرایند‌های بیولوژیکی درون بیماران منتقل کند و به طور بالقوه مرز‌های جدیدی را در مورد چگونگی و محل بهبودی ایجاد کند. برای سیستم‌های مراقبت‌های بهداشتی در سطح جهان، این یک راه‌حل بالقوه برای چالش‌های مداوم توزیع به شمار می‌رود. از آنجایی که درمان‌های زنده، درمان‌های موضعی، مبتنی بر کپسول یا جاسازی شده در موادغذایی را امکان‌پذیر می‌کنند، مدل‌های سنتی تولید و توزیع دوباره تعریف خواهند شد و باعث تغییر به سمت تولید غیرمتمرکز و تغییر کاربری زیرساخت‌های دارویی موجود برای دسترسی گسترده‌تر در مناطقی می‌شوند که پیش‌تر غیرقابل دسترس تلقی می‌شدند. این روند، تجربه مدیریت بیماری‌های مزمن را برای بیمار دگرگون می‌کند. الگوی فعلی می‌تواند به سمت رویکرد‌های درمانی تکامل یابد که به طور یکپارچه در پس‌زمینه زندگی روزمره عمل می‌کنند. چشم‌انداز داروسازی می‌تواند دستخوش تحول قابل توجهی شود. شرکت‌های داروسازی، شرکت‌های زیست فناوری و دانشگاه‌های تحقیقاتی احتمالاً رهبری توسعه درمان‌های زنده را بر عهده خواهند داشت و بازیگران جدیدی مانند تولیدکنندگان لبنیات و پروبیوتیک‌ها احتمالاً وارد این عرصه خواهند شد. با تکامل این حوزه، ممکن است ادغام‌هایی بین شرکای غیرسنتی ایجاد شود. برخی محققان در حال بررسی پتانسیل پلتفرم‌های مبتنی بر پروبیوتیک با نظارت دقیق برای پشتیبانی از کاربرد‌های سلامت مصرف‌کننده در آینده هستند. 

5- GLP-1  ها برای بیماری‌های زوال عصبی

GLP-1 برای بیماری زوال عصبی، مسیر‌های مغزی را برای زندگی طولانی‌تر و سالم‌تر بیماران فعال می‌کند. یک دسته جدید از دارو‌ها که در ابتدا برای مدیریت دیابت نوع دو و چاقی تولید شده بودند با عنوان GLP-1RAs (آگونیست‌های گیرنده پپتید-1 شبه‌گلوکاگون) شناخته می‌شوند که در حال حاضر به دلیل پتانسیل بالایی که در درمان بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و پارکینسون دارند، در حال بررسی هستند. تحقیقات نشان می‌دهد این دارو‌ها ممکن است دارای خواص محافظت عصبی، ازجمله اثرات ضدالتهابی، آنتی‌‌اکسیدانی و حساسیت‌زایی به انسولین باشند که می‌توانند پیشرفت بیماری را کند یا اصلاح کنند. GLP-1RA پس از تجویز، از سد خونی- مغزی عبور کرده و با نورون‌ها و سلول‌های گلیال مغز تعامل می‌کند و به نظر می‌رسد که می‌تواند التهاب را کاهش داده و حذف پروتئین‌های سمی را افزایش دهد که هر دو، در صورت عدم درمان، با ابتلا به آلزایمر و پارکینسون مرتبط هستند. این دسته از دارو‌ها همچنین، طول عمر سلول‌های مغزی و تنظیم انرژی را افزایش می‌دهند که ممکن است عملکرد شناختی و حرکتی را بهبود بخشند. فرمولاسیون‌های جدید‌تری برای بهبود رساندن دارو به مغز، با هدف افزایش اثرات درمانی بالقوه آن‌ها در حال توسعه هستند. داده‌های به‌دست‌آمده، ارتباط احتمالی این درمان را با بهبود نتایج در افراد مبتلا به بیماری‌های زوال عصبی نشان می‌دهد. اگر اثربخشی GLP-1RA در درمان بیماری آلزایمر و پارکینسون اثبات شود، می‌تواند تأثیر اقتصادی جهانی فوق‌العاده‌ای داشته باشد. با بیش از 55 میلیون نفر مبتلا به زوال عقل در دنیا، پیش‌بینی می‌شود که بازار جهانی دارو‌های GLP-1 تا سال 2031 به بالغ بر 55 میلیارد و 700 میلیون دلار افزایش یابد. همچنین، هزینه‌های عاطفی و مالی مرتبط با مراقبت و درمان افراد مبتلا به این بیماری‌ها به نفع جامعه به طور چشمگیری کاهش می‌یابد. 

چشم‌انداز استراتژیک این دارو‌ها نشان می‌دهد استفاده دوباره از دارو‌های GLP-1RA برای بیماری‌های زوال عصبی می‌تواند تغییر قابل توجهی در رویکرد شرایط ایجاد کند. اعتبار تحقیقات صورت گرفته روی این دارو، علاوه بر بهبود ارائه خدمات درمانی، می‌تواند روی روند مراقبت از سالمندان و انتظار‌های اجتماعی از دوران پیری نیز تأثیر بگذارد. تأثیر اجتماعی این دارو‌ها نیز می‌تواند قابل توجه باشد. برای بیمارانی که در مراحل اولیه بیماری قرار دارند، حتی تأخیر‌های اندک در پیشرفت بیماری می‌تواند به استقلال و مشارکت خانوادگی فرد کمک کند. زنجیره‌های تأمین این دسته از دارو‌ها با افزایش تقاضا تحت فشارند. چند شرکت داروسازی بزرگ، سرمایه‌گذاری‌های کلانی را با هدف گسترش ظرفیت تولید اعلام کرده‌اند که نشان‌دهنده تمایل به پتانسیل درمان‌های GLP-1 و نوآوری قابل توجه مورد نیاز برای برآوردن نیاز‌های تولیدی در حال تحول است. مقرون به صرفه بودن این دارو‌ها همچنان یک چالش کلیدی است. با هزینه‌های بالا و بازپرداخت محدود در بسیاری از محیط‌ها، این درمان ممکن است به رغم صرفه‌جویی‌های بالقوه بلندمدت در نیاز‌های مراقبتی، تنش‌های هزینه‌ای ایجاد کند. با توجه به نتایج امیدوارکننده اما متفاوت از آزمایش‌های بالینی اخیر، گیرنده‌های GLP-1RA به عنوان یک جزء بالقوه از استراتژی‌های درمانی آینده، در انتظار اعتبارسنجی بالینی بیشتر، در حال بررسی هستند. 

6- حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار

حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار، حسگر‌های بیولوژیکی را برای درک در زمان واقعی انتقال می‌دهند. حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار، دستگاه‌های تحلیلی هستند که به صورت خودکار و پیوسته پارامتر‌های بیوشیمیایی خاص، مانند نشانگر‌های بیماری برای مدیریت سلامت فردی بیمار یا تغییرات شیمیایی در خاک یا آب را برای مدیریت محیط زیست شناسایی می‌کنند. آن‌ها ماده شیمیایی موردنظر را با استفاده از مبدل‌های فیزیکوشیمیایی سفارشی یا حسگر‌های زیستی تشخیص می‌دهند که از آنزیم‌ها، آنتی‌بادی‌ها یا حتی سلول‌های زنده مهندسی‌شده استفاده می‌کنند. این حسگر‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بدون نیاز به دخالت انسان، به طور مستقل عمل کرده و یافته‌ها را گزارش می‌دهند. آن‌ها از ارتباطات بی‌سیم و برداشت انرژی، از طریق منابع انرژی خودکفا مانند سلول‌های سوخت زیستی، برای امکان نظارت مداوم در زمان واقعی استفاده می‌کنند. از آنجایی که داده‌های این حسگر‌ها را می‌توان از راه دور بازیابی کرد، برای کاربرد در مناطق صعب‌العبور یا مکان‌های دورافتاده مناسبند. این امر امکان نظارت مداوم بر سلامت انسان و نیز شرایط محیطی را فراهم می‌کند. 

درحالی‌که حسگر‌های معمولی مانند آزمایش‌های شناخته‌شده کووید-19 یک بار مصرف هستند، چالش در حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار، دستیابی به نظارت مداوم و ثبت داده‌های الکترونیکی است. چنین محدودیت‌های فنی، حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار را به کاربرد‌های بسیار خاص محدود کرده است. موفق‌ترین آن‌ها تا به امروز، حسگر‌های پوشیدنی گلوکز است که غلظت گلوکز را در زمان واقعی اندازه‌گیری کرده و با یک تلفن هوشمند ارتباط برقرار می‌کند که پمپ انسولین را برای تثبیت سطح گلوکز کنترل می‌کند. «روش»، «دوپون» و «آزمایشگاه‌های ابوت» برخی از بزرگ‌ترین شرکت‌هایی هستند که در توسعه و تولید چنین فناوری‌هایی سرمایه‌گذاری می‌کنند. با توجه به پیشرفت‌های همزمان در علم مواد، نانوفناوری‌ها، زیست تقلید‌ها و فناوری‌های بی‌سیم، حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار برای پرداختن به اهداف و کاربرد‌های دیگر در حال ظهورند. به عنوان مثال، گنجاندن یک عملکرد تنظیم مجدد فعال در یک حسگر پوشیدنی برای نشانگر‌های التهابی، امکان نظارت مداوم به جای یک بار استفاده را فراهم می‌کند. حسگر‌های زیستی میکروبی تمام‌سلولی در حال توسعه مداومند که از میکروب‌هایی استفاده می‌کنند که هنگام مواجهه با آنچه که برای تشخیص هدف قرار گرفته‌اند، آنزیمی تولید یا از آن تخلیه می‌کنند که این آنزیم وسیله‌ای برای سیگنال‌دهی تشخیص آنهاست. فرایند‌های مربوط به ایمنی موادغذایی و نظارت بر محیط زیست، به‌ویژه برای تشخیص زودهنگام آلودگی، می‌تواند منجر به مزایای اجتماعی و زیست‌محیطی قابل توجهی نیز شود. بسیاری از حسگر‌ها هنوز طول عمر کوتاهی داشته و نیاز به تعویض منظم دارند. باوجوداین، نسل‌های جدید حسگر‌ها شاهد پیشرفت‌هایی خواهد بود که هزینه‌ها را کاهش می‌دهد. حسگر‌های زیستی میکروبی تمام‌سلولی در مقایسه با دستگاه‌های حسگر پزشکی یا محیطی مرسوم، با موانع نظارتی و چالش‌های اخلاقی بیشتری روبه‌رو هستند. 

چشم‌انداز استراتژیک این فناوری نشان می‌دهد که حسگر‌های بیوشیمیایی خودکار می‌توانند توانایی حفاظت از سلامت را در مقیاس‌های مختلف، از رفاه فردی گرفته تا سرپا نگه داشتن اکوسیستم، افزایش دهند. شبکه‌های حسگر خودکار می‌توانند سیستم‌های هشدار اولیه را در زیرساخت‌های حیاتی تغییر شکل دهند و سازمان‌های حفاظت از محیط زیست می‌توانند از نمونه‌برداری دوره‌ای به شبکه‌های تشخیص مداوم و بلادرنگ تغییر وضعیت دهند که آلاینده‌ها، عوامل بیماری‌زا و سموم را بدون دخالت انسان شناسایی می‌کنند. سیستم‌های ایمنی موادغذایی نیز در معرض تحول مشابهی قرار دارند. با حسگر‌هایی که قادر به تشخیص سموم غذایی با حساسیت 1000 برابر بیشتر در کمتر از 60 ثانیه هستند، زنجیره‌های تأمین می‌توانند به جای آزمایش دسته‌ای، تأیید مداوم را اجرا کنند. این تحول، هم چهارچوب‌های نظارتی و هم اقتصاد تولید را تغییر می‌دهد و ردیابی دقیق‌تر را در سراسر شبکه‌های توزیع جهانی فراهم می‌کند.

7- تثبیت نیتروژن سبز

تثبیت نیتروژن سبز، فرایند تولید آمونیاک را برای آینده‌ای بدون انتشار کربن امکان‌پذیر می‌کند. این فناوری که تنها در آمریکا بازاری 200 میلیارد دلاری دارد، نیتروژن جوی را در مقیاسی بیش از 150 میلیون تن در سال به آمونیاک تبدیل می‌کند که برای تولید کود موردنیاز است و 50 درصد از تولید موادغذایی جهان را پشتیبانی می‌کند. تثبیت نیتروژن سبز اکنون با هدف کاهش ردپای کربن قابل توجه تولید نیتروژن انجام می‌شود که در حال حاضر 20 درصد از مصرف انرژی جهانی را تشکیل می‌دهد. در این فناوری، میکروارگانیسم‌ها، نیتروژن موجود در جو را به اشکالی تبدیل می‌کنند که گیاهان و سایر موجودات زنده می‌توانند از آن‌ها به عنوان مواد مغذی، عمدتاً آمونیاک استفاده کنند. چالش اصلی در تثبیت نیتروژن، شکستن پیوند سه‌گانه بسیار پایداری است که دو اتم نیتروژن تشکیل‌دهنده نیتروژن جوی (N2) را در کنار هم نگه می‌دارد. در فرایند پیشرفته «هابر- بوش»، این مرحله به دمای 400 تا 500 درجه سانتی‌گراد، فشار 130 تا 150 برابر بیشتر از فشار موجود در جو زمین و هیدروژنی نیاز دارد که عمدتاً از گاز طبیعی در یک واکنش تولید CO2 تهیه می‌شود. در‌حالی‌که اصل تثبیت جایگزین نیتروژن در دهه 1930 کشف شد، به‌تازگی پیشرفت قابل‌توجهی در جهت تجاری‌سازی در مقیاس بزرگ حاصل شده است. به عنوان مثال، رویکرد‌های زیستی از باکتری‌ها و آنزیم‌های مهندسی‌شده برای تثبیت نیتروژن و نور خورشید استفاده می‌کنند یا الکتریسیته سبز می‌تواند معادل‌های انرژی و کاهش را فراهم کند. علاوه براین، فناوری‌های الکتروشیمیایی که به لیتیوم به عنوان واسطه متکی هستند، در آستانه کاربرد تجاری قرار دارند. 

فناوری‌های سبز تثبیت نیتروژن در حال حاضر توسط شرکت‌های نوپا و باسابقه در حال بررسی هستند. شرکت استرالیایی «ژوپیتر آیونیکز» در حال پیشبرد فناوری تثبیت نیتروژن لیتیومی است؛ در عین حال، شرکت «آموبیا» مستقر در کالیفرنیا روی کاتالیزور‌های جدید و کارآمدتر تمرکز دارد. چنین فناوری‌های جایگزینی همچنین امکان تولید غیرمتمرکز آمونیاک و تولید آمونیاک با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر فراوان محلی مانند باد و خورشید را فراهم می‌کنند. آمونیاک تولیدشده در محل می‌تواند به طور مؤثر، ذخیره شده یا به کود در محل تبدیل شود و در مصرف انرژی و هزینه‌های حمل و نقل صرفه‌جویی کند. پیشرفت در تولید آمونیاک سبز محلی نه‌تنها ردپای کربن تولیدکننده آمونیاک را کاهش می‌دهد، بلکه منابع CO2 مرتبط مانند حمل‌ونقل موردنیاز را نیز کاهش می‌دهد. وسایل حمل و نقل نیز از این امر سود خواهند برد زیرا کشتی‌های تجاری در حال حاضر، از آمونیاک به عنوان سوخت دیزل استفاده می‌کنند و تخمین‌ زده می‌شود که بیش از 30 درصد از سوخت دریایی جهانی تا سال 2050 می‌تواند آمونیاک فاقد کربن باشد. 

فرایند «هابر- بوش» که بیش از یک قرن پیش توسعه یافت، با فعال کردن تثبیت نیتروژن در مقیاس صنعتی، رابطه بشریت را با تولید موادغذایی تغییر داد. چشم‌انداز استراتژیک درباره این فناوری بر این باور است که اکنون، فرایند‌های الکتروشیمیایی با واسطه لیتیوم، می‌توانند پیشرفت قابل‌توجه دیگری را ارائه دهند که شامل توانایی بالقوه تولید آمونیاک تنها با استفاده از هوا، آب و برق تجدیدپذیر می‌شود. این تغییر فناوری ممکن است تولید جهانی آمونیاک را از یک صنعت متمرکز و کربن‌محور به یک شبکه توزیع شده‌تر و کربن‌خنثی تبدیل کند. اهمیت استراتژیک این موضوع بسیار فراتر از کربن‌زدایی است. فرایند فعلی «هابر- بوش» یک تا دو درصد از انرژی جهانی را مصرف می‌کند و به ازای هر تن آمونیاک تولیدشده، 2.4 تن دی اکسید کربن منتشر می‌کند که تقریباً دوبرابر تولید فولاد و چهار برابر تولید سیمان در دنیاست. تولید آمونیاک سبز فرصتی حیاتی برای تغییر این بنیان کربن‌محور کشاورزی جهانی و در عین حال، فعال کردن کاربرد‌های جدید انرژی است. کشاورزی در معرض عمیق‌ترین تحولات قرار دارد. با توجه به اینکه تقریباً 80 درصد از آمونیاک تولیدشده صنعتی در کود‌ها مصرف می‌شود، تثبیت نیتروژن سبز می‌تواند تغییر به سمت تأسیسات تولیدی توزیع‌شده و در مقیاس کوچک‌تر را تسریع کند تا آسیب‌پذیری‌های حمل‌ونقل را کاهش داده و قیمت کود را تثبیت کند و تاب‌آوری سیستم غذایی را افزایش دهد. 

8- نانوزیم‌ها

نانوزیم‌ها، کاتالیزور‌های طبیعت را به منظور پیشرفت‌های سلامت و محیط زیست تکثیر می‌کنند. نانوزیم‌ها، نانوموادی هستند که در آزمایشگاه تولید و ساخته می‌شوند و خواصی شبیه به آنزیم دارند. نانوزیم‌ها، برخلاف آنزیم‌ها که توسط موجودات زنده تولید می‌شوند یا با هزینه و پیچیدگی قابل توجهی به صورت شیمیایی سنتز می‌شوند، پایداری بیشتر، هزینه‌های تولید ‌کمتر و فرایند‌های سنتز ساده‌تری را ارائه می‌دهند. نانوزیم‌ها که از نانوذرات فلزات، اکسید‌های فلزی، کربن و سایر مواد تشکیل شده‌اند، مانند کاتالیزور عمل کرده و همان واکنش‌های شیمیایی را ارائه می‌دهند که آنزیم‌ها از آن پشتیبانی می‌کنند. ماهیت قوی نانوزیم‌ها به آن‌ها امکان می‌دهد تا در محیط‌های بسیار متنوع‌تری عمل کنند و کاربرد‌های بالقوه خود را در زمینه‌های زیست پزشکی، زیست محیطی و صنعتی گسترش دهند. با استفاده از روش‌های پیشرفته طراحی و تولید در مقیاس نانو، می‌توان نانوزیم‌های چندمنظوره را نیز مهندسی کرد. پیشرفت‌های سریع در فناوری نانوزیم‌ها در دو دهه گذشته توجه قابل‌توجهی از سوی شرکت‌های بزرگ داروسازی را به خود جلب کرده و منجر به افزایش سرمایه‌گذاری در تحقیق و توسعه نانوزیم‌ها شده است. این افزایش بودجه سرعت نوآوری را افزایش داده و کاربرد‌های بالقوه نانوزیم‌ها را در زمینه‌های مختلف پزشکی گسترش داده است. بنابراین، آزمایش‌های بالینی متعددی برای درمان‌های مبتنی بر نانوزیم‌ها در حال حاضر در حال انجام است و نتایج امیدوارکننده‌ای در زمینه‌های سرطان و درمان بیماری‌های عصبی به دست آمده است. در درمان سرطان، نانوزیم‌ها پتانسیل دارورسانی هدفمند را نشان داده‌اند و اثربخشی شیمی‌درمانی را افزایش داده و در عین حال، عوارض جانبی را کاهش می‌دهند. برای بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر و پارکینسون، نانوزیم‌ها به دلیل توانایی بالایی که در کاهش استرس اکسیداتیو و کاهش التهاب در مغز دارند، به طور مؤثری پیشرفت بیماری را کند می‌کند. تطبیق‌پذیری نانوزیم‌ها همچنین منجر به تحقیقات گسترده در سایر زمینه‌های پزشکی، از جمله بیماری‌های قلبی و عروقی، بیماری‌های عفونی و بهبود زخم شده است. شرکت‌ها و استارتاپ‌های مختلفی به طور فعال در حال تلاش برای تجاری‌سازی نانوزیم‌ها هستند. تأثیر نانوزیم‌ها فراتر از مراقبت‌های بهداشتی تا کاربرد‌های زیست محیطی از جمله تصفیه آب است و راه‌حل‌های پایداری را برای یک چالش جهانی بحرانی ارائه می‌دهد. در صنعت غذا، آن‌ها می‌توانند از طریق تشخیص سریع آلاینده‌ها در گوشت‌های بسته‌بندی‌شده و سایر مواد مصرفی موجود در قفسه‌ها، ایمنی موادغذایی را افزایش دهند. پیش‌بینی می‌شود بازار جهانی نانوزیم‌ها که در سال 2024 به ارزش 5 میلیارد و 130 میلیون دلار ارزش‌گذاری شده بود، با نرخ رشد سالانه ترکیبی 27.5 درصد رشد کند و تا سال 2034 به 57 میلیارد و 950 میلیون دلار برسد. کاربرد‌های کلیدی شامل حسگر‌های زیستی، اطلاح محیط زیست و دارورسانی هدفمند است. نانوزیم‌ها نویدبخش انقلابی در تشخیص و درمان به‌ویژه در زمینه‌هایی چون تشخیص زودهنگام بیماری و دارورسانی هدفمندند. طبق چشم‌انداز استراتژیک این فناوری نوظهور، نانوزیم‌ها جایگزین‌های مهندسی‌شده‌ای برای آنزیم‌های طبیعی هستند که مزایای عملی متمایزی دارند. این مواد می‌توانند در شرایط PH بسیار بالا (پتانسیل هیدروژن) عمل کنند، در برابر دما‌های بالا مقاومت داشته و برای مدتی طولانی پایداری خود را حفظ کنند درحالی‌که هزینه تولید آن‌ها به طور قابل‌توجهی کمتر است. این مواد با قابلیت‌هایی چون تشخیص آنتی‌اکسیدان‌ها و دستیابی به حداکثر 21 برابر راندمان کاتالیزوری آنزیم‌های طبیعی، قادرند واکنش‌های شیمیایی را در محیط‌هایی امکان‌پذیر کنند که آنزیم‌های بیولوژیکی را به‌سرعت تجزیه می‌کنند. کاربرد‌های مراقبت‌های بهداشتی و زیست محیطی پتانسیل تحول‌آفرینی این فناوری را نشان می‌دهند. ابزار‌های تشخیصی یکپارچه با گوشی‌های هوشمند می‌توانند قابلیت‌های پزشکی را در مناطق با منابع محدود گسترش داده و حسگر‌های زیستی حساس‌تری را برای تشخیص زودهنگام بیماری فراهم کنند. فناوری‌های مراقبت از زخم، درمان‌های هدفمندی را علیه باکتری‌های مقاوم به دارو ارائه داده و 99.99 درصد از عفونت‌های چالش‌برانگیز را بدون تحریک مکانیسم‌های مقاومت از بین می‌برند. 

9- سنجش مشارکتی

سنجش مشارکتی، سیستم‌های متصل را برای تصمیم‌گیری‌های آگاهانه متنی توانمند می‌کند. دستگاه‌های سنجش در حال حاضر در خانه‌ها، وسایل نقلیه و محل‌های کار مردم فراگیر شده‌اند. این حسگر‌های که پیش‌تر به صورت جداگانه مورد استفاده قرار می‌گرفتند، در دنیای امروز در اتصال به یکدیگر و در ادغام با سیستم‌های مبتنی بر هوش مصنوعی کار می‌کنند که راه را برای پیشرفت‌های سریع در حسگر‌های مشارکتی هموار می‌کنند و می‌توانند درک بهتری از بهبود قابلیت‌های حسگر‌های منفرد ایجاد کنند. گسترش کاربرد‌های این حسگر‌ها شامل شبکه‌های ادراکی موبایل می‌شود که ارتباطات و سنجش را در همان شبکه ترکیب می‌کند. سنجش مشارکتی نحوه عملکرد شهر‌ها و چگونگی استفاده سازمان‌ها از اطلاعات را برای تصمیم‌گیری تغییر خواهد داد که جابه‌جایی‌های شهری را تسهیل می‌کند. به عنوان مثال، چراغ‌های راهنمایی متصل می‌توانند به صورت پویا، خود را براساس دوربین‌های راهنمایی و رانندگی و حسگر‌های محیطی تنظیم کنند تا تراکم شهری و سطح انتشار گاز‌های گلخانه‌ای را مدیریت کنند. نمونه‌های دیگر برای سنجش مشارکتی شامل نقشه‌برداری خودکار در مقیاس بزرگ در معادن، تجزیه و تحلیل سیستم‌های طوفان و دسته‌های پهپادی، نظارت بر سلامت سازه‌ها مبتنی بر اینترنت اشیا، نظارت بر محیط زیست و افزایش دقت در کشاورزی و مدیریت منابع طبیعی است. سنجش مشارکتی، حسگر‌های توزیع‌شده از جمله حسگر‌های موجود در ماهواره‌ها و سکو‌های زیرآبی و زیرزمینی را با اتصال و پردازش الگوریتمی در شبکه ادغام می‌کنند تا حجم داده‌های منتقل‌شده را کاهش دهند. عوامل خودمختار مانند ربات‌ها، پهپاد‌ها، وسایل نقلیه هوشمند و سیستم‌های فناوری اطلاعات با استدلال معنایی و قابلیت‌های برنامه‌ریزی پویا برای پیمایش در محیط‌های ناآشنا و تصمیم‌گیری جمعی مجهز خواهند شد. 

این فناوری مزایای غیرنظامی چشمگیری هم دارند. یک وسیله نقلیه خودران را تصور کنید که در چهارچوب حسگر‌های خود هدایت می‌شود و نیز به لطف حسگر‌های متصل روی چراغ راهنمایی تحلیل می‌کند که خودرو با سرعت بالا در مسیر قرار گیرد. بیشتر پلتفرم‌هایی که حسگر‌ها روی آن‌ها مستقر می‌شوند، محدودیت‌های شدیدی در مصرف برق و اتصال دارند که نیازمند رویکرد‌های مهندسی مانند فشرده‌سازی روش‌های طبقه‌بندی صحنه سه‌بعدی، بهبود ناوبری در غیاب GPS و بهبود پردازش کم‌مصرف در شبکه است. سیاست‌های امنیتی و حریم خصوصی اشتراک‌گذاری داده‌ها نیز باید تکامل یابند. کلید دستیابی به مزایای سنجش مشارکتی در مقیاس بزرگ و دستیابی به استقلال مشارکتی واقعی، الگوریتم‌های چندوجهی خواهند بود که می‌توانند انواع مختلفی از داده‌های حسگر از «لیدار» (تشخیص و فاصله‌یابی نور) گرفته تا دوربین‌های EO/IR (الکترواپتیکال/ مادون قرمز) و رادار و فراتر از آن را پردازش کنند. هوش مصنوعی مولد نیز در این میان می‌تواند نقش‌آفرین باشد به طوری که تحقیقات نشان می‌دهد مدل‌های زبانی بزرگ می‌توانند وظایف ناوبری مشارکتی ساده را بسیار کارآمدتر از رویکرد‌های سنتی یادگیری تقویتی عمیق (DRL) بهینه کنند. 

چشم‌انداز استراتژیک این فناوری نوظهور نشان می‌دهد سنجش مشارکتی می‌تواند سیستم‌های شهری، حمل‌ونقل و زیرساخت‌های اجتماعی را تغییر شکل دهد. این رویکرد که با فناوری‌های ارتباط خودرو با همه چیز (V2X)، 5G، هوش مصنوعی و محاسبات لبه‌ای پشتیبانی می‌شود، می‌تواند محیط‌های شهری هوشمندی ایجاد کند که دینامیک‌های پیچیده محیطی را با دقت بیشتری نسبت به سیستم‌های فعلی درک کرده، پاسخ دهد و با آن‌ها سازگار شوند. تأثیر سنجش مشارکتی فراتر از مدیریت ترافیک است و تاب‌آوری شهری، زنجیره‌های تأمین و قابلیت‌های واکنش اضطراری را تغییر می‌دهد. شهر‌ها می‌توانند زیرساخت‌های تطبیقی را توسعه دهند که در زمان واقعی به شرایط متغیر پاسخ می‌دهند و امکان تخصیص منابع در طول بحران‌ها، مسیر‌های تحویل بهینه برای تدارکات حیاتی و استقرار هماهنگ وسایل نقلیه اضطراری را فراهم می‌کنند.

 با سیستم‌های هوشمند حمل‌ونقل که پایه و اساس این قابلیت‌ها را تشکیل می‌دهند، محیط‌های شهری می‌توانند از طریق سیستم‌های فناورانه یکپارچه به شهروندان خدمت‌رسانی کنند. در حمل‌ونقل، فناوری‌های V2X پتانسیل بالایی برای پیشگیری از تصادفات نشان داده‌اند. سیستم‌های ترمز اضطراری خودکار، از 59 درصد از تصادفات در زمانی جلوگیری می‌کند که فقط وسایل نقلیه به این سیستم مجهز بوده‌اند. با ادغام کامل فناوری، این میزان به 77 درصد افزایش یافت. 78 درصد کاهش در تصادفات برای وسایل نقلیه با قابلیت‌های حسگر هوشمند وجود دارد. 

10- برجسته‌سازی هوش مصنوعی مولد

برجسته‌سازی هوش مصنوعی مواد، اعتماد با نشانگر‌های نامرئی و تغییرناپذیر را ارتقا می‌دهد. فناوری‌های برجسته‌سازی هوش مصنوعی مولد، نشانگر‌های نامرئی را در محتوای تولید شده توسط هوش مصنوعی، از جمله متن، تصاویر، صدا و ویدئو، جاسازی می‌کنند تا اصالت را تأیید کرده و به ردیابی منشأ محتوا کمک کنند. ازآنجاکه تمایز محتوای تولیدشده توسط هوش مصنوعی از محتوای ایجاد شده بدون هوش مصنوعی، بسیار دشوار می‌شود، موجی از فناوری‌های نوآورانه برجسته‌سازی ایجاد شده است که برای کمک به مقابله با اطلاعات نادرست، محافظت از مالکیت معنوی، مقابله با عدم صداقت علمی و ارتقای اعتماد به محتوای دیجیتال طراحی شده‌اند. روش‌های برجسته‌سازی باهدف تغییر نامحسوس خروجی‌های هوش مصنوعی مولد بدون تأثیر قابل‌توجه بر کیفیت آن‌ها انجام می‌شوند. فناوری‌های برجسته‌سازی مبتنی بر متن، مانند فناوری SynthID گوگل «دیپ مایند»، از این واقعیت بهره می‌برند که هزاران کلمه در یک‌زبان مشخص وجود دارد که می‌توانند به طور تصادفی با کلمات دیگر جایگزین شوند. آن‌ها با گنجاندن زیرمجموعه‌ای باریک و خاص از چنین کلماتی در سراسر متن تولیدشده توسط هوش مصنوعی کار می‌کنند اما با انتخاب‌های تصادفی‌تر کلمات توسط نویسنده انسانی متفاوت است. این امر منجر به ایجاد یک اثر انگشت متنی خاص هوش مصنوعی می‌شود. فناوری‌های برجسته‌سازی تصویر و ویدئو شامل ایجاد تغییرات نامحسوس در سطح پیکسل هستند که می‌توانند از ویرایش‌هایی مانند تغییر اندازه و فشرده‌سازی در امان بمانند. برجسته‌سازی محتوای تولیدشده توسط هوش مصنوعی در سال 2022 مورد توجه قرار گرفت، زیرا مدل‌هایی مانند ChatGPT و «استیبل دیفیوژن» محبوبیت و کاربرد گسترده‌ای پیدا کردند. تا سال 2023، شرکت‌های بزرگ هوش مصنوعی، از جمله OpenAI، گوگل و متا تحت فشار نظارتی به برجسته‌سازی متعهد شدند. در سال 2024 هم فناوری جدید SynthID گوگل «دیپ مایند» در قالب متن باز ظهور کرد. همزمان، شرکت «متا»، سیستم برجسته‌سازی VideoSeal را برای ویدئو‌های تولید شده توسط هوش مصنوعی معرفی کرد. شرکت‌های پیشرو در حوزه هوش مصنوعی اکنون به طور چشمگیری روش برجسته‌سازی را در پلتفرم‌های خود ادغام می‌کنند. به‌عنوان‌مثال، گوگل، SynthID را در تصاویر، متن و ویدئو‌های تولیدشده توسط هوش مصنوعی در سراسر سرویس‌های خود در نظر گرفته است و «متا» در حال اعمال واترمارک‌های نامرئی و برچسب‌های ابرداده به محتوای تولیدشده توسط هوش مصنوعی در فیس‌بوک، اینستاگرام و «تریدز» است. 

شرکت‌های هوش مصنوعی با سازمان‌هایی مانند Partnership روی مسئله هوش مصنوعی همکاری می‌کنند تا از شفافیت رسانه‌های مصنوعی اطمینان حاصل کنند. باوجود پیشرفت، استفاده گسترده از برجسته‌سازی هوش مصنوعی با چالش‌هایی روبه‌رو است. تغییرات ساده در خروجی‌های تولیدشده توسط هوش مصنوعی هنوز هم می‌تواند فرایند تشخیصی را مختل کند. کاربران می‌توانند با برش تصاویر و ویدئو در جایی که واترمارک‌ها در یک مکان خاص تعبیه شده‌اند یا با تنظیم متن و حتی استفاده از حذف‌کننده‌های واترمارک مبتنی بر هوش مصنوعی، اقدام به حذف یا جعل واترمارک‌ها کنند. چشم‌انداز استراتژیک این فناوری نشان می‌دهد در یک دهه آینده، با افزایش محتوا‌هایی که به واسطه هوش مصنوعی تولید می‌شوند، واترمارک‌های جاسازی شده ممکن است پایه و اساس یک اکوسیستم تأیید جهانی را تشکیل دهند که به تمایز بین دارایی‌های دیجیتال ایجاد شده توسط انسان و ماشین کمک می‌کند.

 رسانه‌ها و صنایع خلاق ممکن است تحول قابل‌توجهی را تجربه کنند. چهارچوب‌های نظارتی همگرا در سراسر کالیفرنیا، چین و اتحادیه اروپا با جریمه‌هایی که تا 38 میلیون دلار یا 7 درصد از گردش مالی سالانه می‌رسد، نشان‌دهنده علاقه جهانی نوظهور به سیستم‌های منشأ محتواست.