テクノロジーは、現代世界において変化の最大の原動力となっているかもしれません。リスクが皆無ではないものの、前向きな技術的ブレークスルーは、資源の希少性から地球環境の変化に至るまで、現代の最も差し迫った世界的課題に対する革新的な解決策を約束しています。しかし、適切な投資の欠如、時代遅れの規制枠組み、そして一般の理解の不足により、多くの有望な技術がその潜在能力を発揮できずにいます。
世界経済フォーラムの「新興テクノロジーに関するグローバル・アジェンダ評議会」 は、技術革新における最近の主要なトレンドを、毎年発表するリスト 「Top 10 Emerging Technologies」において明らかにしています。重要な技術的ブレークスルーに光を当てることで、評議会はその潜在能力に対する認識を高め、投資、規制、一般の理解におけるギャップの解消に貢献することを目指しています。2014年において、評議会は、将来私たちの社会を変えうる10の新しい技術を特定しました。
2014年のリストは以下のとおりです：
身体適応型ウェアラブル・エレクトロニクス
ウェアラブル技術は、 Google Glass から Fitbit wristbandに至るまで、過去1年間で大きな注目を集めてきました。既存のデバイスの大半は、運動、心拍数、睡眠パターンなどを監視することで、人々が自身の健康やフィットネスをよりよく理解できるよう支援しています。この分野は、リストバンドやクリップ型デバイスのような外付けのウェアラブルから、人間と技術の間の絶えず変化する境界をさらに押し広げる「身体適応型」エレクトロニクスへと移行しつつあります。
新世代のウェアラブルは、設置される場所で人体の形状に適応するように設計されています。これらのウェアラブルは一般に小型で、幅広いセンサーとフィードバック・システムを備え、使用者への負担を減らし、社会的に受け入れられやすいよう目立たないように作られています。これらのほぼ目に見えないデバイスには、心拍数を監視するイヤホン、姿勢を追跡するために衣服の下に装着するセンサー、健康指標を追跡する一時的なタトゥー、そして足に感じる振動アラートでGPSの道順を伝える触覚式のシューズソールが含まれます。応用例は多岐にわたります。触覚式シューズは現在、視覚障害者の道案内の支援として提案されており、Google Glassは、音声コマンドで取得した医療記録やその他の視覚情報を通じて手術を支援するために、すでに腫瘍医によって装着されています。
技術アナリストは、ウェアラブル製品の成功要因として、デバイスのサイズ、非侵襲性、複数のパラメータを測定し、ユーザーの行動を改善するリアルタイムのフィードバックを提供する能力を挙げています。しかし、普及の拡大は、プライバシーに関する社会的受容性にも左右されます。例えば、顔認識や記憶補助のためにカメラを使用するウェアラブル機器については懸念が提起されています。これらの課題が管理できると仮定すると、アナリストは2016年までに数億台のデバイスが使用されると予測しています。
ナノ構造炭素複合材料
世界で急速に増加している車両群からの排出は環境上の懸念であり、輸送の運用効率を高めることは、その全体的な影響を低減する有望な方法です。炭素繊維を新しい複合材料用にナノ構造化する新技術は、自動車製造において、車両の重量を10%以上削減できる可能性を示しています。車が軽くなれば運行に必要な燃料が減り、人や物の移動の効率が高まり、温室効果ガスの排出も削減されます。
しかし、効率は懸念の一つにすぎず、同じくらい重要なもう一つの懸念は、乗員の安全性の向上です。新しい複合材料の強度と靱性を高めるため、炭素繊維と周囲のポリマーマトリックスとの界面は、例えばカーボンナノチューブを用いて定着性を高めるようナノスケールで設計されています。事故が発生した場合、これらの表面は、裂けることなく衝撃を吸収し、力を分散させて車内の乗員を保護するように設計されています。
3つ目の課題は、解決策にすでに近づいている可能性があるもので、炭素繊維複合材料のリサイクルです。これは、この技術の広範な導入を阻んできたものです。新技術では、ポリマーと繊維の界面の材料に切断可能な「解放点」を組み込むことで、結合を制御された方法で切断し、複合材料を構成する各部品を個別に回収して再利用できるようにします。これら3つの要素を合わせると、軽量で非常に安全かつリサイクル可能な複合材料製車両を大量生産規模に向けて実現する可能性が高まり、大きな影響をもたらすかもしれません。
海水淡水化ブラインからの金属採掘
世界人口が増え続け、途上国が貧困から脱するにつれ、淡水は地球上で最も限られた天然資源の一つになる危機に直面しています。人間の居住地における飲料水、衛生、産業用水に加え、世界の農業生産の大きな割合は、乾燥地帯で栽培される灌漑作物によるものです。コロラド川、マリー・ダーリング川、黄河などの河川が長期間にわたって海に到達しなくなる中、海水を淡水化して新たな淡水源とすることへの関心は高まる一方でしょう。
海水淡水化には深刻な欠点もあります。高いエネルギー消費（昨年のリスト「 Top 10 Emerging Technologies」で取り上げたテーマ）に加え、この工程では、濃縮された排水（ブライン）が生じ、海に戻されると海洋生物に深刻な影響を与えかねません。この問題への最も有望なアプローチは、淡水化から出るブラインを廃棄物ではなく、有用な材料を採取すべき資源とみなすことかもしれません。これには、リチウム、マグネシウム、ウラン、さらに一般的なナトリウム、カルシウム、カリウムといった元素が含まれます。リチウムとマグネシウムは、例えば高性能電池や軽量合金に使用するうえで有用であり、電気モーターや風力タービンに使われるレアアース元素も、すでに戦略的な懸念となっている潜在的な不足にもかかわらず、回収される可能性があります。
触媒を利用した化学プロセスを用いる新しい工程により、淡水化の排水ブラインからこれらの金属を抽出する可能性が開けており、そのコストは、やがて陸上の鉱石採掘や湖沼堆積物からの採取と競合できる水準になるかもしれません。この経済的利益は、淡水化の全体的なコストを相殺し、大規模での実用性を高め、結果として淡水生態系に対する人間の圧力を軽減する可能性があります。
系統規模の電力貯蔵
電力は直接貯蔵できないため、電力網の管理者は、消費者の総需要が、発電所から電力網に供給される等量の電力と常に正確に一致するよう、絶えず確保しなければなりません。石炭や天然ガスの化学エネルギーは比較的大量に貯蔵できるため、従来の化石燃料発電所は、需要に応じて利用可能な調整可能なエネルギーを提供し、電力網の管理を比較的単純な作業にしています。しかし、化石燃料は温室効果ガスも排出し、気候変動の原因となっており、現在、多くの国が炭素ベースの発電機を、再生可能エネルギー、原子力、その他の非化石燃料源によるクリーンエネルギーの組み合わせに置き換えることを目指しています。
特に風力と太陽光といったクリーンエネルギー源は、非常に断続的になりうるもので、消費者や電力網管理者が必要とするときに発電するのではなく、好天候の条件が整ったときにのみ制御不能な量を発電します。原子力発電部門を拡大すると、常時稼働のベースロード運転が好まれるため、課題が生じる可能性もあります。したがって、系統規模の電力貯蔵オプションの開発は、クリーンエネルギーシステムにとって長らく「聖杯」とされてきました。現在までのところ、揚水発電だけが重要な役割を主張できますが、高コストで環境面の課題があり、立地条件に完全に依存しています。
この課題の克服に、さまざまな新技術が近づいている兆しがあります。一部、例えばフロー電池は、将来的に石炭や天然ガスの貯蔵に類似した形で、大量の液体化学エネルギーを貯蔵できるようになるかもしれません。さまざまな固体電池の選択肢も、十分にエネルギー密度が高く、安価に入手できる材料で電気を貯蔵するため競争しています。新たに発明されたグラフェン・スーパーキャパシタは、数万回以上のサイクルにわたって、極めて急速な充放電が可能になる可能性を提供します。大型フライホイールや圧縮空気の地下貯蔵のような、運動エネルギーおよびポテンシャル（位置）エネルギーを利用する選択肢もあります。
ドイツで中規模で検討されている、より斬新な選択肢は、水素電解による二酸化炭素のメタン化です。余剰電力を用いて水を水素と酸素に分解し、その後、水素を廃棄二酸化炭素と反応させてメタンを生成し、必要に応じて後で燃焼させて発電するというものです。この方式や他の選択肢の往復効率は比較的低いかもしれませんが、貯蔵能力が将来高い経済的価値を持つことは明らかです。勝者を選ぶのはまだ時期尚早ですが、私たちの評価では、この分野の技術開発のペースはかつてないほど速く進んでおり、近い将来に根本的なブレークスルーが実現する可能性が高まっているようです。
ナノワイヤー型リチウムイオン電池
電荷の貯蔵装置として、電池は現代生活の多くの面で極めて重要です。リチウムイオン電池は、良好なエネルギー密度（重量または体積あたりのエネルギー）を備えており、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車など、いくつかの一般的な用途に日常的に搭載されています。しかし、電気自動車の航続距離をガソリン車の競合車種と同等にするためには、携帯電話やノートパソコンの充電間の駆動時間はもちろん、電池のエネルギー密度を劇的に改善する必要があります。
電池は一般に、2つの電極、すなわち陰極と呼ばれる正極端子と、陽極と呼ばれる負極端子で構成され、その間に電解質があります。この電解質により、イオンが電極間を移動して電流を生じさせます。リチウムイオン電池では、陽極は黒鉛で構成されており、比較的安価で耐久性があります。しかし、研究者は、はるかに大きな出力容量をもたらすケイ素陽極の実験を始めています。
1つの工学的課題は、ケイ素陽極が充放電サイクル中の膨張と収縮によって構造的な損傷を受けやすいことです。過去1年間で、研究者は、ケイ素のナノワイヤーまたはナノ粒子を作ることを含む解決策の可能性を開発しました。これらは、ケイ素がリチウムと反応する際の体積膨張に伴う問題を解決するように見えます。ナノ粒子やナノワイヤーに伴う大きな表面積は、電池の出力密度をさらに高め、高速充電と電流供給を可能にします。
従来のリチウムイオン電池より、より迅速に満充電でき、30%-40%多くの電力を生成できるこの次世代の電池は、電気自動車市場を変革し、家庭規模での太陽光発電の貯蔵を可能にする可能性があります。当初、ケイ素陽極電池は、今後2年以内にスマートフォンへの搭載が始まると予想されています。
スクリーンレス・ディスプレイ
現代の通信技術のより苛立たしい側面の一つは、デバイスが小型化するにつれて、操作がより難しくなっていることです。例えば、スマートフォンで小説を入力しようとする人はいないでしょう。画面ベースのディスプレイのスペースの不足は、スクリーンレス・ディスプレイがその隙間を埋める明確な機会を提供します。フルサイズのキーボードは、すでに表面に投影して、ユーザーが操作できるようになっており、ポケットに収まるかどうかを気にする必要がありません。初期のスター・ウォーズ映画の記憶を呼び起こすかのように、ホログラフィック画像は現在、三次元で生成できます。2013年には、MITメディアラボが、標準的なテレビの解像度を持つ、安価なホログラフィック・カラー・ビデオ・ディスプレイのプロトタイプを発表しました。
スクリーンレス・ディスプレイは、画像を人の網膜に直接投影することによっても実現できます。これは、重い機器を必要としないだけでなく、他者が同じ映像を見ることなく人々がコンピューターを操作できるようにすることで、プライバシーの保護も期待できます。2014年1月までに、ある新興企業が、網膜ディスプレイを用いたパーソナル・ゲーム・映画デバイスの商品化を目指し、Kickstarterを通じてかなりの額の資金を調達していました。長期的には、技術によって、目を完全に迂回して「視覚」情報を脳に直接送信するシナプス・インターフェースが可能になるかもしれません。
この分野は2013年に急速な進歩を遂げており、スクリーンレス・ディスプレイの拡張可能な導入に向けた、差し迫ったブレークスルーの準備が整っているようです。さまざまな企業が、仮想現実ヘッドセット、バイオニック・コンタクトレンズ、高齢者や部分的に視力を失った人々向けの携帯電話の開発、そして可動部品や眼鏡を必要としないホログラム風の映像など、この分野で大きなブレークスルーを達成しています。
ヒト・マイクロバイオーム治療薬
人体は、単一の生物体というよりも、生態系と表現するのがより適切かもしれません。一般に微生物細胞はヒトの細胞を10対1の比率で上回ります。このヒト・マイクロバイオームは、過去数年にわたり研究が活発化しており、2012年のヒトマイクロバイオーム・プロジェクトは、80の共同研究科学機関による成果を報告しました。同プロジェクトは、1万種類を超える微生物種がヒトの生態系に存在し、それらが数兆個の細胞を構成し、体重の1%-3%を占めていることを発見しました。
高度なDNAシーケンシング、バイオインフォマティクス、培養技術を通じて、人体と共存する多様な微生物種が特定され、特徴付けられつつあり、その存在量の違いが疾病や健康と相関しています。
これらの多数の微生物が人間の生存に重要な役割を果たしていることが、ますます理解されつつあります。例えば腸内細菌は、人間が食物を消化し、身体が本来アクセスできない重要な栄養素を吸収することを可能にします。一方で、ヒトに普遍的に存在する病原体は、時に毒性を持ち、病気や死をもたらすことがあります。
腸内マイクロバイオームと、感染症から肥満、糖尿病、炎症性腸疾患に至るまでの疾患におけるその役割に注目が集まっています。また、腸内フローラを破壊する抗生物質治療は、次のような合併症を引き起こす可能性があることが、ますます理解されつつあります。例： Clostridium difficile 感染症。まれに生命を脅かす合併症に至ることもあります。一方で、健康な腸内に見られる微生物の一部を含む新世代の治療薬が、医療改善を目指して臨床開発中です。ヒトマイクロバイオーム技術の進歩は、重篤な疾患に対する新たな治療法を開発し、人類全体の医療成果を改善する、明らかに前例のない手段を表しています。
RNAベースの治療法
RNAは細胞生物学において不可欠な分子であり、DNAにコードされた遺伝情報を、細胞が機能するために必要なタンパク質の生成へと翻訳します。タンパク質の生産はほとんどのヒトの病気や障害の中心的要因でもあるため、RNAベースの治療法は、従来の薬剤による治療では効果がほとんど期待できない広範な問題を治療する可能性を持つと、長らく考えられてきました。しかし、この分野の発展は遅く、当初の高い期待は、取り組みの途方もない複雑さと、細胞内の遺伝子発現の変動性をよりよく理解する必要性によって損なわれました。
過去1年間で、このバイオテクノロジーによるヘルスケアの新分野への関心が再び高まり、2014年時点で、2つのRNAベースの治療法がヒト用治療薬として承認されています。遺伝性疾患、がん、感染症を含むさまざまな状態に対するRNAベースの薬剤は、欠陥のある遺伝子や過剰発現した遺伝子の発現を抑制するために用いられるRNA干渉の仕組みに基づいて開発されています。
RNAベースの治療法の幅を広げる、さらに新しいプラットフォームとして、メッセンジャーRNA（mRNA）分子に基づくものが登場しつつあります。筋肉内または静脈内に注射された特定のmRNA配列は、患者自身の細胞を通じて治療薬として作用し、治療効果をもたらす対応するタンパク質へと翻訳させることができます。DNAを直接変化させることを目的とした治療とは異なり、RNAベースの治療法は細胞のゲノムに恒久的な変化をもたらさないため、必要に応じて増減または中止することができます。
基礎RNA科学、合成技術、そしてin vivo（生体内）での送達の進歩が組み合わさり、天然タンパク質の存在量を弱める、あるいは最適化された治療用タンパク質の生体内での生産を可能にする、新世代のRNAベースの薬剤が実現しつつあります。大手製薬企業や学術機関と協力し、RNAベースの治療を提供することを目指すいくつかの民間企業が設立されています。今後数年間で、この医療分野は、困難な疾患に対する新たな治療法の開発において、従来の医薬品にますます挑戦していくと私たちは予想しています。
自己定量化（予測分析）
自己定量化運動は、より良い健康や行動に関する選択を行うために、日常生活の活動に関する継続的なデータを収集する人々の協働として、長年存在してきました。しかし、今日のモノのインターネットにより、この運動は本領を発揮し始め、より広範な影響を与えるようになってきています。
スマートフォンには、人々の活動の豊富な記録が含まれています。それには、誰を知っているか（連絡先リスト、ソーシャルネットワーキングアプリ）、誰と話すか（通話履歴、テキストログ、電子メール）、どこへ行くか（GPS、Wi-Fi、ジオタグ付き写真）、そして何をするか（使用するアプリ、加速度計データ）が含まれます。このデータと専用の機械学習アルゴリズムを用いることで、人々とその行動に関する詳細かつ予測的なモデルを構築し、都市計画、個別化医療、持続可能性、医療診断に役立てることができます。
例えば、カーネギーメロン大学のチームは、時間の経過に伴う睡眠行動や社会的関係の変化をモデル化することで、スマートフォンのデータを用いてうつ病の発症を予測する方法を研究しています。別の例として、Livehoodsプロジェクトでは、人々のスマートフォンによって生成され（InstagramやFoursquareなどのソフトウェアを使用）、ウェブから収集された大量のジオタグ付きデータにより、研究者は都市空間の移動パターンを理解できるようになりました。
近年、より多くのメーカーが、消費者の行動を理解し、高価な市場調査の必要性を回避するために製品にセンサーを組み込むようになり、センサーは安価になり、ますます広く普及しています。例えば、自動車は人の運転習慣のあらゆる側面を記録でき、この情報はスマートフォンのアプリに表示されたり、都市計画や交通管理におけるビッグデータとして利用されたりします。人々の生活のあらゆる側面を追跡するための広範なデータ収集の傾向が続くにつれ、課題は、この情報をいかに最適に利用するか、そしてプライバシーやその他の社会的懸念といかに両立させるかになります。
ブレイン・コンピューター・インターフェース
心の力だけでコンピューターを操作する能力は、思ったよりも実現に近づいています。ブレイン・コンピューター・インターフェースは、コンピューターが脳から直接信号を読み取って解釈できるもので、すでに四肢麻痺の人、「閉じ込め症候群」を患う人、または脳卒中を経験した人が、脳波によってロボットアームを操作し、自分の車椅子を動かしたり、カップからコーヒーを飲んだりできるようになるという臨床的成功を収めています。さらに、直接的な脳インプラントにより、視力を失った人々の部分的な視力回復にも役立っています。
最近の研究は、ブレイン・コンピューター・インターフェースを用いて、異なる脳同士を直接接続する可能性に焦点を当てています。デューク大学の研究者は昨年、インターネットを介して2匹のマウスの脳を接続することに成功したと報告しました（「ブレインネット」と呼ばれるもの）。異なる国にいるマウスが、報酬を得るための簡単な作業を協力して行うことができました。また2013年には、ハーバード大学の科学者が、非侵襲的なコンピューターから脳への接続により、ラットとヒトの脳の間に機能的なリンクを確立できたと報告しました。
その他の研究プロジェクトは、コンピューターから脳へ記憶を操作したり、直接植え付けたりすることに焦点を当てています。2013年半ば、MITの研究者は、マウスの脳に偽の記憶を植え付けることに成功したと報告しました。ヒトにおいては、記憶を直接操作する能力は心的外傷後ストレス障害の治療に応用できる可能性があり、長期的には、コンピューターファイルのように情報をヒトの脳にアップロードできるようになるかもしれません。もちろん、この急速に進歩している分野によって、数多くの倫理的問題も明らかに提起されています。
このリストは、世界経済フォーラムの 新興テクノロジーに関するグローバル・アジェンダ評議会によって作成されました。ノウバル・アフェヤン氏（Flagship Ventures の業務執行パートナー）は評議会の議長であり、また Annual Meeting of the New Champions 2014 のメンターも務めています。マーク・ライナス氏（科学、テクノロジー、気候変動を専門とするフリーランスライター）とデービッド・キング卿（英国外務英連邦省 気候変動担当特別代表）は、副議長を務めています。評議会メンバーの全リストについては、 こちらをご覧ください。
すべての画像はロイターが提供しています。
新興テクノロジーが社会、ビジネス、政府をどのように再構築しているかについての詳細は、フォーラム・アカデミーの Global Technology Leadership コースでご確認いただけます。
2013年の注目の新興技術トップ10については、こちらをご覧ください。