在地平线上：可能影响社会的三个科技趋势

三种可能影响社会的科技趋势 目录表 10213236轨道碎片修复脚注通用机器人技术更多信息3神经元植入用于人类增强35GAO 联系与职员致谢1前言 封面：轨道碎片缓解、通用机器人技术和神经植入技术实例的插图展示。 来源：GAO。| GAO-26-108079 前言 S科学与技术（S&T）不断演变，有必要分析新兴趋势，以便为我们准备它们可能带来的利益和冲击。为了满足这一需求，我们编制了一份报告 关注于未来10年可能显著发展的科技系列。我们的目标是预见可能对美国人民产生重大影响的技术。我们处于理想的地位，可以向国会介绍科技（S&T），以帮助他们履行监督职责，同时也是通过我们的科技评估报告来评估技术。 斯特林·托马斯，博士高首席科学家 对于本年度的第二版科技趋势报告，我们识别并跟踪了美国持续创新过程中可能成长的科学、技术和工程领域的发展。由于未来趋势众多，我们没有采用详尽无遗的方法，但确定了三种我们认为正在展现出进步的重大技术。我们计划定期增加新技术的相关内容，这些技术显示出成熟的迹象，并且似乎正受益于不断改善的市场环境。 许多方法可用于识别新兴技术，但大多数方法对于我们的十年时间跨度来说效果不佳。在流行文献中常见的常用方法使用频率分析来识别趋势性术语。这些方法对于即将成熟的技术可能很有价值，但对于距离成熟还有十年之遥的技术则效果较差。 我们的特定方法利用了高科科学家的工程专业知识，以识别尚未受到广泛关注但成熟度显著加速的技术。为了指导我们对技术进行视野扫描和评估的方法，我们 在另一个领域。例如，轨道碎片减缓系统、机器人技术、神经植入物等所有这些都需要控制算法、传感器、材料科学和能源存储方面的进步。此外，人工智能（AI）的进步也影响了这三个领域的发展，使系统能够在不可预测的环境中完成任务，例如在灾区导航、实时解读大脑活动或在大拥堵的轨道中机动。 每个这些元素都在技术成熟和创造能够将创新带给美国公众的市场条件中扮演着重要角色。创新并非孤立存在，因此社会、环境、监管和其他因素也值得考虑和评估，以寻找加速创新的机会。 一种重要形式的技术创新是，将特定应用程序中的专门用途转化为更广泛的任务中的一般用途。本年度报告所选的三项技术——用于人类增强的神经植入、通用机器人技术和轨道碎片减缓系统——就是这类创新的例证。例如，神经植入已用于治疗特定条件，研究人员正在探索如何超出这个范畴以开发增强人类能力的植入物。同样，机器人领域已从执行重复性任务的专用工业机器人扩展到能够适应广泛环境的通用系统。轨道碎片减缓系统也是如此，它从开发用于减缓少数大物体的技术进步到可能减轻更多小型物体的 newer systems，而这些小型物体的数量却显著增多。随着从专门用途向更广泛应用转变的不断进行，政策制定者考虑到平衡技术应用与公众安全问题的监管方法将很重要。 为了进行这项工作，我们参考了学术期刊和立场文件中的科学文献，并对11位来自三个识别出的技术领域的专家进行了半结构化访谈。专家的选择基于我们的文献综述、以前GAO的报告，以及GAO科学家和工程师的专业知识和判断。为了帮助识别趋势，我们咨询了具有广泛科学和技术背景的内部专家。我们依靠集体的判断和考虑收集到的信息来描述技术趋势的关键方面，包括识别技术发展、市场状况或规模经济，这些可能进一步加速这些新技术成熟，以及政策制定者（如立法机构、政府机构、学术界、工业界和其他群体）的考虑。然后，我们为我们的三种技术如何在未来10年演变以及它们可能如何被使用制定了具体情景，这些情景的范围和程度可能因技术的性质而异。最后，我们根据这些情景为政策制定者推导出启示和政策考虑。 神经元植入用于人类增强 神经植入装置可以向大脑的特定区域发送电信号，改变大脑活动以建立正常功能（例如，减少帕金森病患者的震颤）。相对于测量和解读用户大脑信号的神经植入装置，这类神经植入装置更为成熟，但其使用范围仅限于影响无法对其他治疗方法有反应的个体的病症（例如帕金森病或癫痫）。全世界已有超过20万人接受了此类植入装置的手术。 脑内植入物是手术放置在脑表面或其下方的装置。研究人员目前正在临床试验中测试神经植入物的医疗应用。这些植入物可能为因神经疾病、中风或伤害而生活受限的人们提供生活质量上的提升。例如，某些植入物可以测量用户的脑电波并解码这些电波的意义，从而实现设备免手操作。截至2024年9月，通过临床试验使用此类植入物的全球人数少于70人。其他类型的 y实现不同语言之间的实时无缝翻译，消除语言障碍，促进全球合作和商业发展。 尽管神经植入器的应用目前仅限于有医疗需求的人，但通过克服技术难关，它们的发展可能使开发增强人类能力的神经植入器成为可能（见图3）。例如，神经植入器最终可能： y使用户能够快速培养新技能和能力 y启用个人间直接的大脑与大脑通信。 y允许军人无手控制无人机 然而，政策、法规以及社会利益和关注可能会影响人们使用或接受他人使用增强人类能力的人脑植入的程度。 y启用开发新型视频游戏，为神经植入用户带来竞争优势 即将到来的发展 1技术进步在以下三个领域的应用可能塑造人类增强型神经植入的未来： 人工智能研究人员正在利用人工智能通过用户的脑电信号实时预测用户的意图，从而实现设备更快速和灵活的控制。这与之前需要消耗更多时间来校准设备以适应用户特定脑电信号的神经植入方法形成鲜明对比。 2高级材料先进材料使得神经植入物能够以更高的分辨率测量脑信号，同时降低用户风险。高分辨率测量脑信号使研究人员能够更准确地解码用户的意图动作。一些正在开发的神经植入物正变得更小，并且与其它植入物不同，不需要进行开放性脑部手术。柔软、灵活和有机材料降低了侵入性更大的植入物的风险。例如，2019年，一家公司开始进行通过颈部静脉植入神经植入物的人体研究。这个植入物由柔性材料制成，并以高分辨率测量脑信号。1 3虽然神经植入器需要通过有线连接到大型外置设备，研究人员正在开发可以无线连接到其他设备的神经植入器。 通讯 这些以及其他进步已经有助于神经植入在医学应用的发展。例如，通过参与一项临床试验，2025年，一位患有肌萎缩侧索硬化（ALS）的人能够通过脖子上的血管植入无线神经植入物来使用电脑、在智能手机上发送文本消息、在扬声机上播放音乐、喂狗、开灯以及启动机器人吸尘器。 除了技术进步外，其他因素也可能影响这项技术的发展。其中一个因素是监管审查。目前，FDA正在审查医疗器械的安全性和有效性。随着开发者和FDA审查人员就评估包括神经植入在内的新兴类型医疗器械的临床结果达成共识，其他类似神经植入也可能顺利通过监管审查。 更快地审查。如果某些类型的医疗用途神经植入物在市场上可用，个人可能会出于医疗原因和增强目的而使用它们。未来，一些没有医疗需求的个人可能会单纯为了增强目的而使用神经植入物。 神经植入物的医疗费用也可能影响其在辅助用途方面的广泛应用的可行性。2024年，我们报道称，公共和私营医疗保健保险公司可能在做出自己的保险决策时参考医疗保险和医疗补助服务中心（CMS）的覆盖决策。2授权用于医疗用途的神经植入器覆盖范围可能会激励投资者进一步资助其开发。这可能导致下游技术进步，既推动技术向前发展，又降低开发用于人类增强的神经植入器的成本。 含义 我们在下文中强调了使用神经植入物进行人类增强的潜在影响，前提是这类植入物可用于大众消费者、职业和军事用途。 以下更详细地探讨了这三个影响。 当前隐私法可能无法保护神经植入用户 没有明确的隐私政策，与神经植入相关的数据可能会让组织获取用户私密信息以及关于用户情绪、注意力和思维的推断。神经数据可能不会受到现有法律的保护。在2024年，我们报道了1996年健康保险可携带性和问责法案（HIPAA）不包括在临床环境之外、出于非临床原因收集的数据。3尽管一些地区已经实施了州级数据隐私法律拼凑，但综合性的联邦隐私立法尚不存在。4如 果一家机构获取用户神经植入的数据，它可能会将这些数据作为操纵和控制用户的一种工具。例如，根据情况和法律环境，雇主可能会利用神经数据惩罚效率低下的工人，甚至通过检测情绪作为解雇员工或拒绝晋升的依据。 神经植入物可能容易受到各种攻击的威胁。 使用神经植入物可能会让用户面临新的脆弱性。2018年的一份关于军民两用神经技术的报告指出，包括神经植入在内的军事资助神经技术的最新进展，为滥用这些设备提供了新的机会，并突出了神经科学领域军民两用技术的固有问题。5如果敌手截获并解密了神经植入器发出的信号，可能会危及用户神经数据的安保和隐私，或造成损害。例如，如果敌手截获控制军事无人机的神经植入器用户的信号，那么敌手可能能够重新引导或接管该无人机。 技术 可用的加密协议可能难以用于神经植入器传输的信号。例如，为用户提供感觉反馈（如触觉）的神经植入器必须以特定速度运行，以被大脑认为是自然的。对信号进行加密可能会延迟用户接收感觉反馈的速度。 现有的医疗器械审查流程可能无法充分捕捉非医疗神经植入物的细微差别 美国食品药品监督管理局（FDA）审查符合医疗器械定义的产品，包括神经植入物。6然而，一些伦理学家表示，审查增强人类能力的植入物本身就需要进行主观价值判断的风险和收益评估，这超出了现有FDA设备审批评估的范围。7正如我们之前报道的那样，某些类型的神经植入物可以帮助残疾用户，并可能增强另一用户的机能。8例如，一种使用AI语言模型的神经植入器可以实现免手输入，帮助瘫痪的用户。然而，该植入器也可能使非瘫痪用户工作效率更高。 潜在的政策制定者考量 政策制定者在技术进步时可能需要考虑在广泛选项之间的权衡。例如，政策制定者可以制定关于神经植入器伦理使用的标准。开发过程可能包括设立一个临时机构或委员会，以提出神经植入器伦理开发和使用标准，以及潜在监管监督机制。利益相关者可以为委员会提供建议，以平衡个人权利与社会利益。一旦临时机构或委员会完成其工作，政策制定者可以考虑要求开发并植入神经植入器用于增强的实体使用委员会输出中的标准或监管机制要素。 政策制定者可以考虑采取措施以确保神经植入器足够安全。例如，他们可以考虑神经植入器是否应受到进出口控制，或者是否有必要采取额外的控制措施。美国已经在这一方向上采取初步步骤，商务部工业和安全局邀请了行业专家参加研讨会，以考虑某些类型神经植入器的国家安全影响，以及为保护国家安全需要实施多大程度的出口控制。9出口管制可能阻止对手获取和使用神经植入物来增强军事能力——例如，通过延长注意力持续时间。出口管制还可以阻止对手逆向工程植入物。例如，潜在的军民两用技术，如与神经植入物一起使用的传感器和加密软件，可能受到美国商务部出口管制的约束，以确保国家安全。进口管制可以阻止美国政府、开发人员和消费者从对手那里获取可能存在风险的组件或完全组装的植入物。 通用机器人技术 R. 仿生学的发展趋势与计算机相似：从执行单一任务的设备发展到能够执行多项任务的设备。通用机器人代表从特定任务自动化到灵活、具有推理能力的机器人的根本转变，这些机器人能够在现实世界环境中执行广泛的任务。如果该领域继续沿着目前的轨迹发展，通用机器人还将能够适应以前未编程到机器人中的新任务，并在多种环境中而非仅在一个孤立的环境中，如工厂或实验室中这样做。向更通用机器人研究和发展的工作正集中在结合执行器、电机、感知能力和人工智能的机器人上，以在多变的地形中导航、操纵物体并适应不同的任务。这些系统旨在匹配人类的敏捷性、灵巧性和 多功能性。近年来人工智能的突破为这些努力增添了动力，尽管仍存在重大挑战。 沿着这些方向的成功开发能够生产出用途广泛的机器人。例如，具有适当能力的通用机器人可能能够提高基础设施维护和灾害响应的安全性、速度和效率。这是一个重要的应用领域，因为随着人口增长和恶劣天气事件的加剧，基础设施需求持续增加。通过将高级传感器、人工智能、机械能力与人类专业知识相结合，这些机器人可能能够提供持续的监控和维护，从而防止小问题变成大故障。此外，它们还能够自主应对危险环境中的发展情况，帮助