本文由半導體產業縱橫（ID:ICVIEWS）編譯自Office of the Deputy Assistant Secretary of theArmy

機器人和自動化系統

到2045年，機器人和自動化系統很可能會變得很普遍。自動駕駛汽車將使交通更安全、更高效，同時可能推動共享經濟的崛起。機器人會照顧老人，運送食品雜貨，收割莊稼，維護公共基礎設施，并提供許多其他涉及日常生活的服務。智能軟件代理，或稱“機器人”，將從tb的數據中提取見解，自動化業務流程，并進入客戶服務、教學和其他傳統上被視為“以人為中心”的角色。然而，自治制度的興起可能會使數億名勞動力和服務人員流離失所，造成經濟不穩定和社會動蕩的風險。自動化系統也將成為對手的一個有吸引力的目標和網絡防御的一個新的優先事項。隨著機器人系統獲得機動性、靈活性和智力，機器人在軍事行動中的應用將會擴大，使機器人成為未來戰場上的有效合作伙伴。與此同時，對手將使用機器人和自動化系統，在道德和戰術上挑戰我們。

3D打印

增材制造(3D打印)已經在工業中使用了30多年，主要是作為一種有限運行的原型設計的工具。然而3D打印技術已經有了顯著的創新過去十年。3D打印機的價格正在下降，開源工具和在線市場的3D模型的可用性促進了一個充滿活力的愛好者“制造商”社區的發展，他們正在推動這項技術的邊界。到2040年，3D打印機將能夠打印出包含多種材料、電子產品、電池和其他部件的物體。人們將能夠打印工具，電子產品，替換部件，醫療設備和其他產品，根據他們的需要和需要定制。軍事后勤可能會精簡，因為設備和物資將在使用點直接打印。物品將成為信息，而數字盜版將取代入店行竊。恐怖分子和犯罪組織將使用幾乎不可能追蹤的原材料打印武器、傳感器和其他設備。

大數據

2015年，全球產生了4.4zb的數據（4.4萬億g），這一數字預計大約每兩年翻一番。這大量的數據對消費者行為、公共衛生、氣候變化以及一系列其他經濟、社會和政治挑戰提供了深刻的見解。

然而，雖然“大數據”已經成為一個流行詞，但每年產生的數據中只有不到10%被分析。在未來的30年里，我們更好地利用大量動態數據集的能力將會得到提高。自動化機器人將抓取非結構化數據，識別在沉浸式虛擬數據場景中可視化的關系。隨著人們獲得了將大數據應用到個人生活中的能力，分析將擴展到企業之外。公民將有能力利用數據來讓政府和其他主要機構負責，從而導致數據訪問方面的緊張局勢。超個性化營銷的興起、政府對公民數據跟蹤的監控以及高調的數據丟失案例，可能會加劇人們對數據所有權的擔憂。潛在的對手將利用被竊取、從黑暗網絡購買或從開源自由訪問的數據來危及安全并挑戰美國的防御能力。

人的拓展

在未來的30年里，技術將使我們能夠超越對人類潛力的生物限制。通過物聯網連接的可穿戴設備將把對上下文敏感的信息直接覆蓋到我們的感官上。外骨骼和腦接口修復術將使我們更強壯，恢復老年人和虛弱者的活動能力。嵌入隱形眼鏡和永久植入物的傳感器和電腦可以讓我們聽到墻后的竊竊私語，給我們自然的夜視覺，并讓我們沉浸在虛擬和增強現實中。非營養性藥物將擴大我們的認知能力，改變工作和教育。當然，增強技術將是有代價的，那些負擔不起升級“人類底盤”的人可能會發現自己無法在增強經濟中競爭。網絡增強技術對于想要控制我們身心的黑客來說，也將是一個有吸引力的目標。而美國。軍隊將受益于擴充士兵，部隊將面對同樣擴充的對手，一場擴充軍備競賽可能會演變。

移動和云計算

移動計算和云計算正在改變人們與數據交互的方式。在美國，目前估計有30%的網絡瀏覽和40%的社交媒體使用都是在移動設備上完成的。到2030年，全球75%的人口將擁有移動連接，60%的人應該擁有寬帶接入。移動設備正變得越來越強大和功能豐富，有越來越多的嵌入式傳感器可以測量天氣、位置、環境光和聲音，以及生物識別技術。云計算與移動數據訪問相結合，提供了幾乎無限的計算能力，可以無縫擴展，而不需要在IT基礎設施上進行大規模投資。在未來的30年里，基于云的移動計算有潛力轉變從醫療保健到教育的一切。

手機將監測生命體征，并直接與診斷應用程序通信，人們將使用移動設備的在線教育門戶網站學習新技能，應用程序將允許發展中國家的農民連接實時天氣數據和工具，以優化他們的收成。與此同時，移動計算和云計算將給網絡安全、可靠性和帶寬帶來巨大壓力，消費者和企業都將不得不更適應將數據移交給云計算。

醫療進步在未來的30年里，醫學將迎來多項技術突破。基因組學將產生個性化醫學，包括針對癌癥、心血管疾病、阿爾茨海默氏癥和其他量身定制的疾病的治療。人工器官將從DNA樣本中種植用于移植，消除了救命移植的等待時間和器官排斥的風險。假肢將直接連接到神經系統，并將結合基于生物的傳感器，提供接近正常的觸覺。機器人急救人員和組織保存技術，如控制低溫治療，將徹底改變創傷護理，并大大延長受傷士兵的“黃金時間”。隨著科學家們開啟了開啟衰老的鑰匙，人們將活得更長的時間，保持健康和活躍，直到今天我們所認為的“老年”。與此同時，先進醫療保健的成本將使許多國家衛生保健系統面臨壓力，并引發在獲得救生治療方面日益加劇的不平等。即將到來的醫療革命還將使人們在未來幾十年的時間里保持健康和生產力，擴大老年工人和年輕工人之間的工作競爭，并給社會保障網造成額外的壓力。耐藥細菌將成為世界許多地區的一個緊迫問題。

網絡安全

網絡安全不是一個嶄新的話題。事實上，早在1991年就有人提出了“網絡珍珠港”這一警告。但是在未來的30年里，隨著物流網的發展以及日常生活中越來越多的連接，網絡安全將會成為網絡行業首要的話題。網絡攻擊的范圍在增加，大多數都有針對個人消費者或公司，個人攻擊造成的損害雖然廣泛，但很容易得到控制。隨著汽車、家用電器、發電廠、街燈和數百萬個其他物體的聯網，一場真正具有毀滅性的網絡攻擊的可能性將會增加。國家、企業和個人將面臨挑戰，以確保他們的數據免受更隱蔽的攻擊——其中許多攻擊可能在數年內都不被發現。最壞的情況是設想一種“電子末日”的形式，即互聯網巨大的經濟和社會力量在無情的網絡攻擊的重壓下崩潰。

清潔能源

在未來30年里，全球的能源需求預計將增長35%。隨著水力壓裂法和定向鉆井等方法的發展，人們已經開辟了大量新的石油和天然氣儲量。這些技術顛覆了全球石油市場，并使美國成為世界上最大的化石燃料生產國之一。與此同時，太陽能和風能等可再生能源的成本正接近與化石燃料持平。在過去的20年里，太陽能電池生產的電力成本已經從每瓦容量的近8美元下降到這個數字的不到十分之一。核能雖然仍是公眾激烈辯論的主題，但仍在繼續增長，新的反應堆設計有望提高安全性和更少的放射性廢料。雖然采用更清潔的能源將有助于應對全球氣候變化，但在獲取電池、太陽能電池和其他能源革命的關鍵產品中使用的稀有材料方面，將會出現新的摩擦。化石燃料的衰落也帶來了整個中東和北非的經濟和社會不穩定的重大風險，給美國及其盟友帶來了新的安全挑戰。

智慧城市

到2045年，世界上65-70%的人口——大約64億人——將居住在城市中。隨著城市人口的增加，擁有1000萬或以上居民的特大城市的數量將會增加，從2016年的28個增加到2030年的41個。大規模向城市遷移將給城市交通系統、食品和水供應、電力和能源基礎設施、衛生設施和公共安全帶來重大壓力。信息和通信(ICT)技術將支持“智能城市”的發展，后者利用數據和自動化，使城市中心更高效和可持續。分布式傳感器系統將監測水和電力的使用情況，并通過智能電網自動平衡分配。網絡交通系統和自動交通工具的選擇將緩解交通擁堵。新的材料和設計技術將被用于建造智能建筑，以最大限度地提高加熱、冷卻和照明的效率。屋頂太陽能電池板、微型風力渦輪機、熱能和其他可再生能源將提供清潔、分布式的發電。與此同時，那些無力投資這些技術的城市(或缺乏政治意愿)可能會變成擁擠、骯臟、危險的不穩定和沖突的引爆點。

物聯網

據保守估計，到2045年，將有超過1000億臺設備連接到互聯網上。這將包括移動和可穿戴設備、家用電器、醫療設備、工業傳感器、安全攝像頭、汽車、服裝和其他技術。所有這些設備都將產生和分享大量的信息，這將徹底改變我們的工作和生活方式。人們將利用通過物聯網(IoT)產生的信息，做出更明智的決策，并更深入地了解自己的生活和周圍的世界。與此同時，聯網設備還將自動化許多目前需要人工勞動的監測、管理和修復任務。物聯網、分析學和人工智能的交叉點將創建一個智能機器的全球網絡，在沒有人工干預的情況下進行大量的關鍵業務。而物聯網將會改善很多方面。在經濟效率、公共安全和個人生產力方面，它也將加劇人們對網絡安全和隱私的擔憂。犯罪組織、恐怖分子和敵對的民族國家將使用物聯網作為攻擊美國及其盟友的新載體。通過聯網設備產生的大量數據也將使各國政府能夠對人口進行大規模監測，從而導致數字自由和安全之間持續的緊張關系。

食品和水技術

在未來30年，食物和淡水的不足將成為世界許多地區的危機點。目前大約25%的農田已經因過度耕作、干旱和空氣/水污染而退化。根據樂觀的預測，主食谷物的價格可能在未來幾十年里上漲30%——如果氣候變化、需求模式和資源管理的失敗繼續遵循當前的發展軌跡，100%的增長是不可能的。到2045年，39億人，超過世界人口的40%，將面臨水資源壓力。技術為糧食和水危機提供了許多潛在的解決方案。海水淡化、微量灌溉、水回收、雨水收集和其他技術可以緩解淡水供應的壓力。轉基因作物和自動化可以提高作物產量，并允許農民從更少的土地上生產更多的營養。長期以來，在發達國家被認為是理所當然的食物和水，將成為創新的主要焦點，并可能成為沖突的主要引爆點。

量子計算

量子計算利用亞原子粒子的特性，如疊加和糾纏，來編碼和操作數據。雖然這項技術已經作為一種理論可能性被討論了幾十年，但最近橫跨學術界、工業界和政府的研究實驗室正開始展示可能在未來5-15年有實際應用的量子系統。量子計算可能是一種關鍵技術，它可以徹底改變多個其他技術領域，如氣候建模、藥物研究和材料科學。然而，對量子計算的興趣與它如何改變密碼學有關。量子計算機可以破解目前所有的加密方法，而量子密碼學可以提供第一個真正牢不可破的編碼技術。最近的研究已經開始克服許多限制了實際量子計算機發展的技術問題。雖然量子計算的現實應用可能直到20世紀40年代中期才會出現，但政府和行業的大量投資的涌入表明，量子計算可能正在接近一個臨界點。

先進的數字

在過去的60年里，計算機和其他數字設備已經徹底地改變了生活，以至于人們幾乎不可能記住這些技術是相對較新的。第一臺個人電腦直到1975年才售出，而且只能作為客戶必須自己組裝和編程的套件出售。然而，僅僅40年后，68%的美國人擁有的智能手機的處理能力比1969年送宇航員上月球時還要強。3未來30年可能會繼續提高計算能力和更廣泛的數字資源可用性。移動計算和云計算將提供幾乎無限的內存和處理速度。虛擬化和軟件定義的系統將允許政府和企業快速適應IT基礎設施，而不需要昂貴和浪費的硬件升級。數字產品將融入到更廣泛的日常用品中，從服裝到建筑材料。與此同時，技術正在出現，這將改變我們與設備的交互方式。語音接口在智能手機中已經很常見，并將繼續改進。手勢界面將使我們能夠通過非語言行為與計算機進行交流。最終，腦機接口將允許我們控制設備通過思考，使數字系統成為我們身體的自然延伸，作為我們自己的四肢。所有這些發展都將為軍隊帶來新的機遇和挑戰。例如，嵌入式數字系統將使士兵彼此連接，并支持維持、火力協調和智能分析。另一方面，先進計算能力的激增將增加嚴重網絡攻擊的風險。

混合現實

虛擬現實和增強現實(VR和AR)已經在消費電子行業產生了很大的熱情。Facebook今年將推出一個由OculusVR開發的VR頭盔市場，并于2014年收購了該系統。包括三星、索尼和HTC在內的其他主要電子公司今年都在發布虛擬現實產品，這標志著虛擬現實作為主流娛樂技術的一次重大突破。應用程序正在娛樂領域之外出現。例如，家居裝修連鎖店Lowes正在開發全息房間——一個3D增強現實房間，允許購物者設計一個生活區，然后走進這個空間的虛擬模型，以更好地感受它的外觀。而虛擬現實和增強現實技術的歷史夸大的期望將改變媒體在1990年代的超高分辨率顯示，低成本的位置和位置跟蹤，和高清晰度視頻內容奠定了堅實的基礎“混合現實”技術合并現實世界與數字信息。在未來的30年里，這些技術應該會變得更加普遍。AR顯示器將提供實時的、上下文感知的數據覆蓋，而VR將深入啟用沉浸式體驗集成視覺，聲音，氣味和觸摸。為U.S.軍隊、虛擬現實和增強現實都有應用程序從培訓戰斗行動。

氣候變化技術

目前的數據顯示，到2050年，全球地表溫度將上升2.5至5.4華氏度。即使今天采取了戲劇性的措施來減少溫室氣體的排放，氣候慣性也保證了一些氣候變暖將是不可避免的。因此，海平面可能會上升，威脅到沿海城市；作物產量可能會下降，導致發展中國家部分地區出現饑荒；干旱可能會威脅到數百萬缺乏淡水的人，而洪水可能會威脅到他們對家庭、企業和公共基礎設施造成數十億美元的損失。在未來30年里，這些風險將推動對技術解決方案的投資，以緩解氣候變化的潛在影響。在短期內，氣候變化技術將包括洪水災害測繪系統和抗旱轉基因作物。從長遠來看，可能會出現更多雄心勃勃的技術，比如碳封存方法這可以將二氧化碳和甲烷等溫室氣體排出大氣中，并將它們安全地儲存在地下。如果氣候變化似乎遵循4-5度或更多的變暖情況，那么可能會對地球氣候產生不可能減輕的不穩定影響。在這種情況下，對地球工程的認真努力可能成為避免災難性氣候變化的唯一解決方案。例如，科學家們估計，在大氣中播種硫磺或氧化鋁顆粒，以減少撞擊地球的太陽輻射量。這些干預措施仍然是高度理論性的，而且風險可能非常大。

先進的材料

在過去的十年里，材料科學取得了令人印象深刻的進步，比如自愈和自清潔的智能材料；可以恢復原始形狀的記憶金屬；壓電陶瓷，可以用來從壓力中獲取能量；以及具有顯著結構和電學特性的納米材料。納米材料在廣泛的應用中具有巨大的潛力。在納米尺度(小于100納米)，普通材料具有獨特的性能。例如，石墨烯是一種由單個碳原子形成的晶格，它比鋼強100倍，能有效地傳導熱量和電力，而且幾乎是透明的。納米材料在發動機和其他機器的超光滑涂層、飛機和汽車的堅固復合材料、輕型防彈衣和高效光電方面都有應用。除了工業應用之外，制藥公司正在開發治療性納米顆粒，有一天可以提供針對癌癥的靶向藥物治療，大大減少副作用，同時提高治療結果。在接下來的30年里，納米材料和其他材料新型材料，如金屬泡沫和陶瓷復合材料，將會在服裝、建筑材料、車輛、道路和橋梁，以及無數其他物品中找到。美國陸軍將能夠利用先進的材料來生產更輕、更堅固的的電池和可再生能源系統。

空間

航天工業已經進入了一個自20世紀60年代太空競賽以來從未見過的創新和進步時期。機器人技術、先進的推進系統、輕質材料、增材制造和微型化等新技術，都極大地降低了將人和材料送入太空的成本，并為太空探索開辟了新的可能性。太空市場的新進入者，包括SpaceX公司、阿麗亞娜空間公司和藍色起源公司，正在顛覆停滯不前的商業發射部門，并推動諸如可重復使用的運載火箭等創新。在未來的30年里，研究和開發將使人類能夠重返月球，并可能導致更多戲劇性的探索，包括人類探索火星和開始全新的天基工業，如小行星采礦。雖然對太空的探索和潛在的殖民化長期以來一直吸引著我們的想象力，但對太空基礎設施的日益依賴可能會導致地球上出現新的摩擦。隨著越來越多的國家開始依賴太空資產，對太空的控制可能成為一個重要的閃點。太空的軍事化并不是不可能的，而反衛星戰爭可能會對美國產生深遠的影響。陸軍嚴重依賴衛星來安全全球通信、情報收集和協調聯合機動。

合成生物學

幾千年來，人類通過選擇性育種和雜交，早在孟德爾確定遺傳的基本定律或艾弗里-麥克勞德-麥卡蒂實驗確定之前，就操縱了動植物的遺傳密碼。然而，隨著我們對遺傳學的理解的加深，通過從頭開始構建新的DNA序列來設計定制的生物體正成為可能。轉基因作物代表了這項技術的先鋒，但我們正處于一場更廣泛的革命的邊緣，這場革命將把生命本身變成可以像計算機代碼一樣編寫和重寫的信息。科學家們已經在設計能夠分泌生物燃料的藻類，并利用DNA編碼數千千兆字節的數據。在未來的30年里，合成生物學將產生工程生物體，它們可以檢測毒素，從工業廢物中創造生物燃料，并通過與人類宿主的共生關系提供藥物。與此同時，合成生物學代表著巨大的風險，包括工程生物武器和可能破壞自然生態系統的入侵合成生物。