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世界科技发展新趋势

2017-01-20 09:03 来源:时事资料手册网刊 编辑:苏蕾
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2016年6月30日,在德国莱比锡,两个机器人在足球比赛中。(新华社/欧新中文)

当前,全球新一轮科技革命和产业变革方兴未艾,科技创新正加速推进,并深度融合、广泛渗透到人类社会各个方面,成为重塑世界格局、创造人类未来的主导力量。

信息技术:移动化和泛在化、集中化和大数据化、智能化和个性化 

近十年来,以移动互联网、社交网络、云计算、大数据为特征的新一代信息技术架构蓬勃发展。

网络互联移动化和泛在化。信息网络发展的趋势是实现物与物、物与人、物与计算机的交互联系,实现万物互联。

信息处理集中化和大数据化。云计算通过虚拟化技术将一台服务器变成多台服务器,能高效率地满足众多用户个性化的并发请求;大数据应用涉及各行各业,如互联网金融、舆情与情报分析、机器翻译、图像与语音识别、智能辅助医疗等。

信息服务智能化和个性化。智能化本质上是计算机化,是能自动执行程序、可编程可演化的系统,更高要求是具有自学习和自适应功能。如,无人自动驾驶汽车,融合集成了实时感知、导航、自动驾驶、联网通信等技术;建设智慧城市是城市的计算机化。

智能制造与机器人:促进制造新业态诞生

智能制造的核心思想是以信息通信技术、自动化技术与制造技术交叉融合为基础,实现跨企业产品价值网络的横向集成,贯穿企业设备层、控制层、管理层的纵向集成及从产品设计开发、生产计划到售后服务全生命周期的工程数字化集成。在新一代信息通信技术、人工智能技术带动下,新一代机器人将突破感知、智能等核心技术瓶颈,形成与人、机器、环境间的多重协调能力。

以德国工业4.0和美国先进制造业发展战略为代表,主要发达国家正着力推动信息化与工业化深度融合,加快智能制造发展。此外,不少国家的智能机器人不断升级,应用越来越广泛。2015年8月,英国剑桥大学和瑞士科学家联合研制出一种能自我进化并不断改进性能的机器人系统。

一名与会嘉宾在2015中国国际石墨烯创新大会上展示石墨烯原材料。(新华社发)

材料科技:追求高性能、低污染、低成本

材料技术与纳米技术、信息技术的深度融合使人们对材料结构性能的认识更加深入,对材料制备过程和功能调控更加精准。以碳纳米材料(如石墨烯、纳米碳管等)为代表的大量纳米材料表现出奇特的电、热、光、磁性能。如石墨烯,是目前已知最薄的材料,比金刚石还坚硬,在触摸屏、电子器件、储能电池、生物医药等领域拥有广阔应用前景。英国、美国、韩国等正着手推动石墨烯产业化。

此外,降低材料及器件制备与使用各环节的能耗、物耗,重视回收与再利用,发展替代稀贵和有毒元素的方法,成为材料科技的前沿方向。

能源科技:多元化、低碳化、智能化和分布式 

当前,世界能源发展日益呈现出多元化、低碳化、智能化和分布式等特征。世界各主要国家纷纷调整能源战略,竞相争占能源科技这一新的战略制高点。

2015年,美国斯坦福大学首次描绘出2050年前让美国使用清洁能源的路线图。德国出台“能源转型的哥白尼克斯计划”,涵盖能源转型的4个重要领域:将富余可再生能源通过转换方式如氢存储变成其他能源;开发与大量可再生能源入网相适应的智能电网系统;对于工业生产过程中波动的能源供应重新定位;无缝衔接可再生能源和常规能源。

2016年6月,中国发布《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》,明确煤炭无害化开采,非常规油气和深层、深海油气开发,二氧化碳捕集、利用与封存,先进核能,氢能与燃料电池等15个能源技术创新重点方向。

空间科技:催生众多相关技术

在空间科学探索方面,长期困扰人类的重大科学问题,如宇宙大爆炸之后到星系诞生之前发生了什么、黑洞及其周边、暗物质(与光不发生相互作用)与暗能量(能导致宇宙加速膨胀)等重大前沿科学问题,是未来探索的重中之重。获得新数据和信息将主要通过新探测方法,如采用引力波探测技术、常用谱段的高灵敏度探测技术或成像探测技术等。

在与人类生活密切相关的空间应用方面,中国北斗卫星导航系统将为全世界用户提供独立于美国GPS系统的另一个导航定位系统,此外还有欧洲的伽利略系统、俄罗斯的格洛纳斯系统,全球用户将享用超过一百颗导航定位卫星的精度时空基准空间基础设施。同时,它们无形中为其他应用间接提供电离层、大气、海洋和地面反射信号带来的环境信息,伴生了全球导航卫星系统应用。

越来越多的中小企业、私营企业开始介入空间计划。如,2016年4月~5月,美国太空探索技术公司的“猎鹰9”火箭连续三次实现海上回收。

2016年5月27日,人们观看“猎鹰9”火箭从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空。(新华社/美联)

海洋科技:走向远洋深海

跨国合作的前沿性科学研究不断推进。国际大洋综合钻探计划、国际海洋生物普查计划、海洋生物地球化学与生态系统整合研究等相继开展。

高技术、超大工程特征突出。主要高技术包括海洋环境监测技术、海洋资源勘探开发技术和海洋生物技术等。航空母舰、极端工况条件下无人操控船舶、天然液化气运载船、深水半潜式钻井平台和载人深潜器等是超大海洋工程的代表。

既注重陆海相统筹,又走向远洋深海与南北两极。各国纷纷打造新一代破冰船、海洋资源勘探船和海洋油气开发新装备。

生命科学与生物产业:“会聚”范式与转化型研究

近20年来,生命科学开启了以系统化、定量化和工程化为特征的“多学科会聚”研究范式。如,大尺度、跨物种宏观进化研究与物种内微观进化规律探索的结合,有望从整合和系统生物学角度解析动植物分化发育等复杂性状的成因,为人类疾病防治、动植物经济性状改良和功能仿生提供新理论新方法;脑科学与数理、信息等学科领域的结合,正在催生脑-机交互技术,有望描绘人脑活动图谱和工作机理。

转化型研究成为生命科学研究与生物技术创新的主要平台,促进科研成果从“单向技术转让”的传统产业转化模式,转变为生物科技源头创新与经济社会发展需求紧密衔接的“双向互动高效发展”新模式,涵盖人口健康、资源环境、食品安全和公共安保等诸多问题。

2016年3月15日,在韩国首尔举行的“人机大战”第五场对弈中,韩国棋手李世石九段(前右)再次负于“阿尔法围棋”,以总比分1比4落败。(新华社发)

基础交叉前沿科学:探索宇宙演化、物质结构、生命起源和认知机理

天文宇宙学和粒子物理学交叉融合。人类已了解的物质形态在宇宙中只占约5%,其他主要是暗物质和暗能量。发达国家投入大量人力物力,以求尽早取得突破。中国锦屏地下实验室已在暗物质直接探测方面取得有国际竞争力的成果。

掌握微观量子世界运动规律是许多现代技术应用的基础,但宏观测量会破坏量子态的“相干性”,使它成为“看不见”“摸不着”的“自在之物”。近年来精密实验技术的发展逐步改变这种状况。量子通信利用光子的量子状态加载并传输信息。欧美、日本等国家正加大量子通信的投入,考虑推出空间量子通信计划或建设量子通信干线。

基因组学、合成生物学等现代生物学理论和技术,与天文学、地质学、古生物学及遗传学的最新进展相结合,为研究生命起源和进化提供新思路、新手段。

对脑认知功能的研究有两条途径:一是自上而下,从宏观的脑区到神经环路、神经网络,再到微观的蛋白质、基因,追踪认知的生物学基础;另一条是自下而上,从信号到符号、编码,再到图像、概念,最后到情感、意识和行为,探求认知机理。这两条途径都取得重大进展。许多发达国家都在制定“脑研究计划”,中国也在酝酿类似计划。(据《人民日报》《科技日报》、新华社等资料整理)