T想想我們星球面臨的巨大挑戰：應對氣候變化、減少能源消耗、維持糧食生產、改善全球健康。許多努力都涉及重疊的問題，以及互相關聯的解決方案的潛力。難怪聯合國將“夥伴關係”列為其第 17 個可持續發展目標。
在由大眾科學和世界經濟論壇共同打造的第十版“十大新興技術”中，這種互聯互通成為焦點。隨著政府和行業加速對脫碳的承諾，我們將看到一系列用於低排放交通、住宅和商業基礎設施以及工業流程的新穎方法。其中兩項技術——“綠色”氨的生產和能夠自行製造肥料的工程作物——將提高農業可持續性。在偏遠地區，使用當地土壤進行 3D 列印將以更少的能源建造更堅固的房屋。
由於健康是每個人都關心的問題，今年的十大技術致敬了可以檢測 COVID-19 和其他疾病的呼吸感測器，以及使慢性病更容易診斷和管理的無線生物標誌物監測器。基因組學領域的新成果可能使我們能夠設計更長的“健康壽命”，按需藥物製造將帶來定製藥物，同時透過大規模生產幫助解決當今的供應挑戰。
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為了跟蹤所有這些，構成物聯網的裝置數量正在快速增長。它們將透過使用軌道奈米衛星變得更加全球互聯，並由從無線訊號中收集的能量提供動力。未來從未如此互聯互通。
—瑪麗埃特·迪克里斯蒂娜 和伯納德·S·梅耶森
氣候變化：脫碳興起
應對氣候變化的廣泛承諾將催生新技術
作者：伯納德·S·梅耶森
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
M早在一百多年前，第一位科學家就提出二氧化碳會吸收大氣中的熱量；幾十年前，“氣候變化”一詞進入日常用語。此後，各國和各行業紛紛做出新的承諾，以減少碳足跡。2021 年，作為第二大國家碳排放國，美國承諾到 2030 年將其排放量相對於 2005 年的水平減半。英國宣佈了自己的激進目標，即到同一日期，與 1990 年的水平相比減少 68%。歐盟議會最近通過了一項法律，要求到 2030 年，碳排放量與 1990 年的水平相比至少減少 55%。儘管石油和航空等行業更難改變，但自 2015 年以來，加入“科學碳目標倡議”的公司數量翻了一番，該倡議旨在幫助企業減少排放，以符合《巴黎協定》。通用汽車、大眾汽車和其他主要汽車製造商在過去一年中都設定了雄心勃勃的脫碳目標。
承諾的加速——以及隨之而來的挑戰——清楚地表明脫碳在全球範圍內的興起。這將迫使各種技術“湧現”——即證明在未來三到五年內實現規模化運營的能力。為了實現這一目標，已經確定的解決方案必須成熟並以更快的速度擴充套件。現有的技術差距將需要持續的創新。我們預計幾個廣泛的領域將受到重大關注和增長。
儘管特斯拉在激發消費者興趣方面取得了引人注目的初步成功，但如今全球私人和商業道路運輸車隊中，零排放車輛僅佔 2% 或更少。與此同時，鐵路和海運散貨運輸已經設計出低碳解決方案。然而，其中許多解決方案，例如阿爾斯通製造的 Coradia iLint 氫燃料電池動力客運列車，尚未大規模應用。考慮到此類變革性計劃需要大量資本投資，障礙不僅是技術性的，也是政治性的。
在美國，估計有 13% 的碳排放總量來自住宅和商業建築中用於供暖和烹飪的燃料。在美國和其他地方減少這一數字將需要淨零排放的 HVAC（供暖、通風和空調），被動式太陽能環境系統必須普及。轉向天然和新型建築材料（如可再生木材和低碳足跡水泥）也很重要。
隨著可再生能源變得充足，我們將需要利用它們來減少普遍存在的溫室氣體來源的碳排放。“綠色”氫就是一個例子。當在不使用碳基燃料的情況下生產時，氫氣可以成為一種無汙染燃料，同時也可以作為化學工業的基本成分，且不產生碳足跡。同樣，如果通常需要兆瓦級電力的資料中心與相同的可再生能源共址，它們的碳足跡將大大減少。
要實現各國和各行業設定的發電目標，就需要大幅擴充套件光伏、風能、水力、潮汐能、核能和其他零排放技術。一些關鍵障礙仍然存在：工業規模的可靠、高效且經濟實惠的儲能技術尚處於起步階段。安全且經濟實惠的無碳裂變核能（包括其廢棄物處理）仍然是理想化的。為了減少現有化石燃料發電的汙染，我們還需要引入更多捕獲、再利用和封存碳的技術。
在農業領域，Impossible Burger 和 Beyond Meat 等蛋白質替代品將需要佔據更大的市場份額，以減少畜牧業產生的大量碳和甲烷。來自透過物聯網連線的感測器的資料將越來越多地實現智慧土地和作物管理以及肥料和水的使用，從而有助於進一步減少碳排放。
除了快速脫碳面臨的無數技術挑戰外，各國還必須制定全球治理方法，以確保能源公平。新興經濟體不能面臨相同的碳減排目標，否則會扼殺發展。各國還需要周全地分配土地，以擴大可再生能源基礎設施。為了確保遵守全球協定，各國政府將需要全球環境監測基礎設施，類似於國際原子能機構的規程。
農業：自施肥作物
根部生長，無需播種
作者：威爾弗裡德·韋伯和卡洛·拉蒂
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
P為世界不斷增長的人口提供食物在很大程度上依賴於含氮工業肥料的使用。聯合國糧食及農業組織的資料顯示，每年需要約 1.1 億噸氮來維持全球作物生產。氮肥通常是透過將空氣中的氮轉化為氨來生產的，氨是一種植物可以利用的氮形式。這種轉化維持了全球約 50% 的糧食生產，並估計佔世界主要能源需求的 1%，但它也是一個能源密集型過程：它佔全球二氧化碳排放量的 1% 到 2%。此外，工業肥料對於許多國家的小農戶來說過於昂貴，導致產量大幅下降，並增加了對自然土地的壓力。
為了開發解決方案，研究人員正在借鑑自然界自身製造氮肥的方法。玉米和其他穀物等主糧作物依賴土壤中的無機氮，而大豆和豆類等豆科植物則保持了一種巧妙的自產方式。豆科植物的根與土壤細菌相互作用，導致細菌在根部定殖並形成稱為根瘤的共生器官。在這些結構中，植物提供糖類以維持細菌，並從細菌固定氮（即將大氣中的氮轉化為氨）的能力中獲益。因此，透過與土壤細菌的進化古老的共生關係，豆科植物獨立於現代氮肥。
研究人員已經表明，根瘤（天然肥料工廠）的形成涉及土壤細菌和豆科植物根之間的密切分子通訊。這一知識激發了將固氮作用工程化到非豆科植物中的令人興奮的新方法。例如，科學家們正在誘導穀物根與固氮細菌進行共生相互作用。研究人員模擬豆科植物和細菌之間的分子通訊，並引導細菌定殖植物根的過程。在另一種方法中，自然定殖穀物根但不能固氮的土壤細菌被教導產生固氮酶，這種酶是將空氣中的氮轉化為植物相容的氨的關鍵酶。
隨著政府和私人基金會最近為固氮工程領域的研究和開發提供強有力的支援，利用自然共生力量的作物可能很快就會成為更可持續糧食生產的關鍵要素。
生物化學：呼吸感測器診斷疾病
吹氣比抽血快得多
作者：羅娜·錢德拉瓦蒂和丹尼爾·E·烏爾塔多
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
W當警察懷疑駕駛員醉酒時，他們可以使用酒精測試儀：一種測量血液中酒精含量的手持裝置。疾病診斷也能做到這一點嗎？
簡短的回答是肯定的。人類呼吸包含 800 多種化合物，最近的發現表明，某些化合物的濃度與不同的疾病狀態之間存在很強的相關性。例如，呼吸中丙酮濃度顯著升高是糖尿病的有力跡象；撥出的氧化氮濃度較高與發炎細胞相關，因此可以用作呼吸道疾病的生物標誌物；醛類含量較高與肺癌密切相關。
當一個人對著取樣器吹氣時，呼吸被輸入到感測器中，感測器通常根據金氧半導體的電阻變化進行檢測。幾分鐘之內，外部計算機的軟體分析就會生成存在的化合物的概況。
除了比抽血更快地提供結果外，呼吸感測器還可以透過提供一種非侵入性方式來收集關鍵健康資料，從而簡化醫療診斷。在醫療資源有限的低收入國家，其易用性、便攜性和成本效益為醫療保健提供了新的機會。這些裝置還可以幫助減輕病毒在社群中的傳播，類似於體溫檢查在人們進入超市或餐館等共享室內空間之前對其進行篩查的方式。
2020 年 3 月，Hossam Haick 和他在以色列理工學院的同事在中國武漢完成了一項探索性臨床研究，用於檢測撥出氣體中的 COVID。這些感測器在區分疾病陽性或陰性人群方面實現了驚人的 95% 準確率和 100% 靈敏度。2021 年，美國衛生與公眾服務部提供了 380 萬美元，用於改造 NASA 的 E-Nose——一種使用奈米感測器陣列技術自主掃描國際空間站空氣中潛在危險化學物質的監測器——以檢測 COVID。
在呼吸感測器技術普及之前，需要克服一些關鍵挑戰。首先，必須提高某些疾病的檢測準確性，特別是肺結核和癌症。其次，呼吸樣本中的各種化合物會混淆測試結果，產生假陽性。分析感測器資料的演算法也需要改進，以達到更高的準確性。最後，需要對臨床試驗進行更大的投資，以幫助在大量人群中驗證這項技術。
工程學：按需藥物製造
在需要的時間和地點製造藥品
作者：伊麗莎白·奧戴和邁恩·奧盧
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
W如果下次您去當地藥房時，藥劑師不是在成排的預製藥品中尋找來配您的處方，而是為您製作完全適合您的劑量和配方呢？微流體技術和按需藥物製造的最新進展有望將這一想法變為現實。
傳統上，藥品是透過多步驟工藝分批大量生產的，不同的部分分散在全球多個地點。數百噸的材料支援這種大規模生產，這給確保質量和可靠供應所需的持續性帶來了挑戰。完成藥品生產並將其運送到商店可能需要幾個月的時間。
相比之下，按需藥物製造，也稱為連續流藥物製造，一次性完成藥物生產。它的工作原理是將成分透過管道流入一系列小型反應室。在單個地點按需生產藥物意味著可以在偏遠地區或野戰醫院生產藥物。這也意味著儲存和運輸藥物所需的資源更少，並且劑量可以根據個體患者進行定製。
2016 年，麻省理工學院的研究人員與 DARPA（國防高階研究計劃局）合作，首次證明了按需製造藥物是可能的。他們製造了一臺冰箱大小的機器，使用連續流生產四種常用藥物：鹽酸苯海拉明（用於緩解過敏症狀）、地西泮（用於治療焦慮和肌肉痙攣）、抗抑鬱藥鹽酸氟西汀和區域性麻醉藥鹽酸利多卡因。他們在 24 小時內生產了每種藥物的 1,000 劑。
按需製藥公司目前正在將麻省理工學院的原始成果商業化，有多個平臺可用或正在開發中，包括美國製造按需前體 (AMPoD)，它可以實現從前體到最終配方的完整藥品生產；Bio-Mod，它可以實現生物製劑的生產；以及 IV Medicines on Demand，它可以生產無菌注射劑。包括禮來、強生、諾華、輝瑞和 Vertex Pharmaceuticals 在內的許多製藥製造商也在使用連續製造技術，至少用於其部分製造過程。
目前，用於按需藥物製造的行動式機器 costing 數百萬美元，阻礙了廣泛推廣。還需要新的質量保證和質量控制方法來規範配方的個性化和單人藥物批次。隨著成本下降和監管框架的演變，按需製造可能會徹底改變藥物的製造地點、時間和方式。
計算：來自無線訊號的能量
5G 將幫助為物聯網供電
作者：約瑟夫·康斯坦丁
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
T構成物聯網 (IoT) 的無線裝置構成了日益網路化世界的支柱。它們被部署為家庭中的小工具、用於生物醫學用途的可穿戴裝置以及危險和難以到達區域的感測器。隨著物聯網的發展，它正在實現使用更少水和農藥的農業實踐；更節能的智慧電網；監測可能削弱橋樑或混凝土基礎設施的缺陷的感測器；以及用於泥石流和地震等災害的預警感測器。
據估計，到 2025 年將有 400 億個物聯網裝置上線，為這些裝置提供方便的按需電源是一項快速增長的挑戰。一種已經在開發中的解決方案利用了來自 Wi-Fi 路由器和接入點的無線訊號。新興的第五代蜂窩技術 5G 將把無線能量收集提升到一個新的水平。
藉助 5G，美國聯邦通訊委員會首次允許蜂窩訊號進入更高的（但對人類仍然安全）電磁頻譜毫米波範圍。除了更高的資訊速率外，5G 無線訊號比 4G 傳輸更多的輻射能量。這種能力指向一個未來，在未來，許多低功耗無線裝置永遠不需要插電充電。
裝置如何從無線訊號中獲取能量？Wi-Fi 和 5G 是電磁波，它們在 FM 廣播、微波和毫米波之間的寬頻譜範圍內的頻率上傳播。該過程的第一步涉及一個接收天線，該天線捕獲無線訊號攜帶的能量。天線將能量路由到電子整流電路，後者又使用半導體將其轉換為直流 (DC) 電壓，該電壓可以為裝置充電或供電。天線和整流器（或轉換器）的這種組合稱為整流天線。電源管理電路跟隨整流天線，放大電壓，同時自身消耗的功率可忽略不計。
許多初創公司現在正在提供無線充電產品，這些產品目前依賴於專用無線發射器；然而，研究表明，此類裝置很可能在不久的將來能夠收集 Wi-Fi 和 5G 訊號。正如手機將我們從固定電話中解放出來並改變了我們的通訊能力一樣，這項新興技術將進一步解放我們。
基因組學：工程化改善衰老
專注於延長“健康壽命”，而不僅僅是壽命
作者：威爾弗裡德·韋伯和 P. 穆拉里·多拉伊斯瓦米
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
A世界衛生組織的資料顯示，2015 年至 2050 年間，全球 60 歲以上人口的比例將從 12% 幾乎翻一番至 22%，這對健康和社會系統構成了巨大挑戰。衰老與痴呆症、癌症、2 型糖尿病和動脈粥樣硬化等慢性疾病有關。逆轉衰老或找到“青春之泉”的願望可能與人類歷史一樣悠久。我們開始瞭解衰老的分子機制，這可能有助於我們過上不僅更長壽而且更健康的生活。
透過所謂的組學技術（例如，同時量化細胞中所有基因的活性或所有蛋白質和代謝物的濃度）的出現和改進，並結合來自表觀遺傳學的見解，這些關鍵機制變得更加清晰。一個令人興奮的例子涉及特定表觀遺傳標記（因行為和環境而改變基因活性的修飾）或代謝化合物的組合，這些組合可以用作生物體生物年齡的識別符號。
這些標記也是老年人疾病和隨之而來的死亡風險的有力預測指標。對生物體中單個細胞的遺傳資訊進行測序的進展表明，突變的數量在衰老過程中增加；身體對這些突變的修復可能會在 DNA 上留下與衰老相關的痕跡——另一種型別的標記。DNA 損傷也與驅動細胞進入衰老（意味著它們無法再繁殖）或耗盡對細胞和組織更新至關重要的幹細胞有關。
最近和不斷增長的對衰老機制的理解正在推動靶向療法的開發。例如，最近一項初步臨床研究表明，為期一年的藥物組合（包括人類生長激素）給藥可以將“生物鐘”撥回 1.5 年。同樣，研究人員在齧齒動物模型中成功證明，針對三個與長壽相關的基因的基因療法可以改善或逆轉四種常見的與年齡相關的疾病。科學家們還發現了年輕人體內的蛋白質，當將其輸注到年老小鼠體內時，可以改善與年齡相關的腦功能障礙的標誌物。結果表明，該療法具有逆轉人類與年齡相關的認知能力下降的潛力。
受到對分子水平衰老過程的新見解的啟發，並受到臨床試驗的初步有希望的結果的鼓舞，100 多家公司正在積極開發藥物或基因工程方法來分析和工程化“健康壽命”和壽命。這些公司大多處於臨床前階段或早期臨床試驗階段。這項研發得到了投資者的高度期望的支援，為更健康的晚年生活帶來了希望。
化學：綠色氨
減少肥料生產的二氧化碳足跡
作者：哈維爾·加西亞·馬丁內斯和莎拉·E·福西特
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
T哈伯-博世法——可以說是 20 世紀最重要的發明之一，但許多人從未聽說過——實現了工業規模的氨合成。這種氨用於生產肥料，為全球 50% 的糧食生產提供動力，使其成為全球糧食安全的關鍵。然而，氨合成是一個能源密集型化學過程，需要催化劑來固定氮和氫。
與構成我們呼吸空氣大部分的氮不同，氫氣必須合成生產，目前使用化石燃料產生。天然氣、煤或石油在高溫下暴露於蒸汽以產生氫氣。問題是，這個過程會產生大量的二氧化碳，佔全球總排放量的 1% 到 2%。
透過使用可再生能源分解水產生的綠色氫有望改變這種狀況。除了消除氫氣生產過程中的碳排放外，該過程還具有明顯更純淨的最終結果。它不含在使用化石燃料時摻入的化學物質，例如含有硫和砷的化合物，這些化合物會“毒害”催化劑，從而降低反應效率。
更清潔的氫氣也意味著可以開發出更優良的催化劑，因為它們不再需要容忍來自化石燃料的有毒化學物質。事實上，丹麥的 Haldor Topsoe 等公司已經宣佈開發出完全來自可再生能源的新型催化劑，用於綠色氨生產。
西班牙化肥生產商 Fertiberia 正在與能源公司 Iberdrola 合作，大幅擴充套件綠色氨計劃，從 2021 年投入運營的 20 兆瓦試驗工廠到 2027 年完全實現 800 兆瓦的太陽能驅動電解氫生產。這項估計為 18 億歐元的投資預計將創造 4,000 個就業崗位，每年節省 40 萬噸二氧化碳，相當於約 60,000 輛汽車的排放量。
一個主要障礙是目前綠色氫的高成本。為了幫助解決這個問題，30 家歐洲能源企業啟動了 HyDeal Ambition 專案，該專案旨在透過氫氣生產、儲存和運輸方面的創新，在 2030 年之前以每公斤 1.5 歐元的價格交付綠色氫氣。如果成功，這項努力可能會釋放綠色氨的一系列新應用，包括其分解回氫氣的能力——從而實現良性綠色氫-氨迴圈。
生物資訊學：生物標誌物裝置走向無線
慢性病的連續、無創監測
作者：約瑟夫·康斯坦丁
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
N沒有人喜歡針頭。但是監測糖尿病和癌症等慢性疾病需要頻繁的血液檢查，以識別和跟蹤某些生物標誌物或生物標記物。現在，100 多家公司正在開發無線、行動式和可穿戴感測器，這些感測器將很快實現對這些重要資訊的連續監測。
監測器使用各種方法來檢測汗液、淚液、尿液或血液中的生物標誌物。有些使用光或低功率電磁輻射（類似於手機或智慧手錶），結合天線和電子裝置，來窺視組織。另一些則涉及皮膚上的可穿戴、柔性電子感測器。為了檢測給定的生物標誌物，監測器會尋找電流、電壓或電化學濃度的變化。
糖尿病是這項技術的主要目標，預計到 2030 年全球將有 5.78 億人被診斷出患有該疾病。為了滿足日益增長的血糖水平檢查需求，一種行動式裝置承諾使用毫米波和近紅外感測的無線電磁場進行無創監測；患者手指的電壓變化可以與血糖水平相關聯。在另一種方法中，嵌入服裝中的可穿戴電子裝置使用微波範圍內的電磁波檢測血液中的血糖水平。在第三種努力中，基於紋身的電路透過使用電極產生從自然滲出毛細血管的組織間液中提取的微量物質來評估汗液中的葡萄糖。與葡萄糖檢測器類似，紋身狀電路可以取樣汗液中乳酸鹽的變化，這是一種正在吸引體育產業投資的應用。
無線傳輸系統可以與各種型別的感測器配對，包括用密集排列的碳奈米管制成的感測器或將磁性奈米粒子驅動到微小的微流體通道中以透過電壓或電流變化檢測生物標誌物的感測器。這些技術為能夠區分各種液體樣品的“電子舌”打開了大門。
眼淚也可能出奇地具有啟示意義。電子透明隱形眼鏡可以無線拾取癌症生物標誌物或用於糖尿病監測的血糖水平。唾液生物標誌物可能表明生理和心理壓力或疾病，如 HIV、腸道感染、癌症和 COVID。當整合到具有射頻識別技術的牙套中時，唾液感測器還可以監測口腔健康，檢測齲齒或異常。
材料科學：用當地材料 3D 列印房屋
混凝土被土壤取代
作者：伯納德·S·梅耶森和卡洛·拉蒂
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
T童年疫苗或 LASIK 雷射眼科手術等技術往往會顯著提高工業世界許多人的生活質量。但它們在發展中國家的影響往往更加有限或嚴重滯後。然而，使用 3D 印表機建造房屋可能有助於應對 全球 16 億人住房不足的挑戰，根據聯合國估計。
3D 列印房屋的概念並不新鮮。一些企業已經在紐約長島和德克薩斯州奧斯汀列印了房屋，並取得了可喜的成果。混凝土以及沙子、塑膠和粘合劑的各種混合物被卡車運到建築工地，並透過大型 3D 印表機擠出。作為一種相對簡單且低成本的建造方法，3D 列印房屋似乎非常適合緩解偏遠貧困地區的住房困境。但缺乏運輸材料的基礎設施阻礙了其使用。
最近，許多公司從旨在用於火星的專案中汲取靈感，在火星上，當地材料是唯一可用的選擇。在義大利馬薩隆巴達小鎮，馬里奧·庫奇內拉建築事務所設計的一個原型使用當地粘土土壤列印房屋構件，大大降低了建築的複雜性、成本和能源消耗。土壤與大麻和液體粘合劑混合，然後由義大利 3D 列印公司 WASP 一層一層地擠出，形成住宅所需的複雜形狀和表面。使用本地材料消除了通常需要運輸到現場的約 95% 的質量。
WASP 與設計師 RiceHouse 合作展示的另一種方法，靈感來自在乾旱地區製造泥磚的數百年經驗。該過程涉及將傳統的泥漿混合物與粘合絲（可以是天然纖維）混合。該材料不是手工將基礎材料壓入模具，而是透過 WASP 提供的 3D 印表機泵送，以比傳統方法所需的時間少得多地建造房屋，並且由於列印牆的剛性幾何形狀而具有額外的強度。大部分基礎材料都來自建築工地本身。
使用 WASP 方法，達到使用壽命盡頭的結構可以簡單地分解為其基礎材料，並且這些材料可以重複使用。這種零浪費或迴圈模式可以追溯到數千年前。今天，西西里島埃裡切山上仍然存在一些房屋，這些房屋是用之前 10 個世紀的房屋的殘留材料建造的。
工程與計算：太空連線全球
物聯網進入軌道
作者：拉賈拉克希米·南達庫馬爾
圖片來源：瓦妮莎·布蘭奇
T如今，至少有 100 億臺活躍裝置構成了物聯網 (IoT)，預計未來 10 年這一數字將增加一倍以上。為了最大限度地發揮物聯網在通訊和自動化方面的優勢，需要將裝置分佈在全球各地，收集澤位元組的資料。資料在雲資料中心中進行同化，使用人工智慧來識別模式和異常，例如天氣模式和自然災害。但是，存在一個大問題：蜂窩網路覆蓋範圍不到全球一半，在連線方面留下了巨大的空白。
基於太空的物聯網系統可以彌補這些空白，使用一個由低成本、輕重量（小於 10 公斤）奈米衛星組成的網路，這些衛星在距離地球幾百公里的軌道上執行。第一顆奈米衛星於 1998 年發射；如今，大約 2,000 顆 CubeSat 作為軌道監測器。SpaceX Starlink、OneWeb、亞馬遜和 Telesat 等公司已將奈米衛星用於提供全球網際網路覆蓋的目標。
很快，就可以從地球上小型電池供電的物聯網裝置與這些軌道奈米衛星進行通訊。來自裝置的資料（例如，來自跟蹤感測器的位置讀數）將使用類似於遠端通訊和 Sigfox 的低功耗、低成本通訊協議傳送到衛星，Sigfox 甚至可以解碼微弱訊號。然後，它將被傳輸到地面站，在那裡對資料進行分析。
這項技術正在以前無法到達或難以連線的地點實現各種資料驅動的應用。例如，通訊公司 Iridium 擁有一個由 66 顆近地軌道衛星組成的網路，可以將船舶連線到世界任何地方飛行的飛機。英國 Lacuna Space 的電池供電感測器可以連線到他們的近地軌道衛星，以跟蹤船舶中的包裹等資產，以及監控農場資料，以實現更有效利用水、肥料和除草劑的農業。澳大利亞阿德萊德的 Myriota 使用基於太空的物聯網來跟蹤瀕危物種，例如犀牛。為了將資料從衛星移動到資料中心中的集中式伺服器，微軟與 SpaceX Starlink 合作推出了基於太空的雲計算平臺。
在真正實現全球化之前，太空物聯網仍然面臨諸多挑戰。例如，奈米衛星的壽命相對較短，約為兩年，並且必須由昂貴的地面站基礎設施提供支援。為了應對日益嚴重的軌道空間垃圾問題，NASA 和其他機構正在制定計劃，以便在衛星功能壽命結束後自動脫軌，或使用其他航天器收集它們。
同樣重要的是，提供來自衛星的安全、可靠、高頻寬通訊鏈路，以在不同的天氣條件和地形中保持連線。為此，各公司正在研究不同的頻譜，並開發編碼方案以提高通訊系統的頻寬和魯棒性。