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未來科技該從哪里發(fā)力?
中國科協(xié)發(fā)布2020重大科學問題和工程技術(shù)難題
8月18日,世界首臺百萬千瓦水電機組白鶴灘水電站左岸1號機組轉(zhuǎn)子成功吊裝。這也標志著中國水電人攀登百萬千瓦機組這一世界水電“珠峰”已進入最后沖刺階段。 王菡娟
在推進建設世界科技強國進程中,不斷提出、判別科技重大問題及其優(yōu)先級具有重要的戰(zhàn)略意義。
近日,在第二十二屆中國科協(xié)年會上,中國科協(xié)發(fā)布了10個對科學發(fā)展具有導向作用的科學問題和10個對技術(shù)和產(chǎn)業(yè)具有關(guān)鍵作用的工程難題,以期研判未來科技發(fā)展趨勢,抓住突破口,前瞻謀劃和布局前沿科技領(lǐng)域與方向;同時引導廣大科技工作者圍繞這些重大難題開展科研工作,為經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。
自2018年以來,中國科協(xié)組織全國學會及學會聯(lián)合體開展重大科學問題和工程技術(shù)難題征集活動并向公眾發(fā)布,三年共評選、發(fā)布了100個難題。今年征集發(fā)布活動共征集到103家全國學會、學會聯(lián)合體、企業(yè)科協(xié)提交的490個問題難題,經(jīng)過網(wǎng)絡初評投票、復審和終審評議最終評出,1.88萬余名院士、專家、一線科技工作者參與其中。
10個前沿科學問題
問題1:冠狀病毒跨種傳播的生態(tài)學機制是什么?
新冠病毒在全球蔓延后,對病毒本身的研究迅速開展,但對病毒跨種傳播生態(tài)學機制的研究仍較少。
該問題提出了蝙蝠等野生動物生態(tài)學研究在新型冠狀病毒溯源中的必要性以及闡釋了明確攜帶冠狀病毒的高風險野生動物種類的活動生境、行為范式、種群動態(tài)及與人類活動的關(guān)系,對于揭示冠狀病毒跨物種的傳播機制和預防未來冠狀病毒導致的流行病具有重要意義。
問題2:引力波將如何揭示宇宙奧秘?
引力波是時空本身的一種波動現(xiàn)象,這種波動在傳播中很少受到物質(zhì)分布的影響,所以保留著引力波源的原初信息。引力波打開了觀測宇宙的一扇新窗戶。通過觀測引力波源在宇宙中的產(chǎn)生與分布,可以研究宇宙本身的形成和演化過程,有望解答廣義相對論與粒子物理的標準模型所遺留下來的深層次科學問題,從而加深對自然界的理解,預計十余年內(nèi)宇宙起源問題將有取得重大突破的歷史機遇。
問題3:地球物質(zhì)是如何演化與循環(huán)的?
從時間尺度上來看,地球物質(zhì)都是演化的。地球歷史時期巖漿巖和變質(zhì)巖的演化與循環(huán)的認識由于缺乏大數(shù)據(jù)的綜合分析而導致其認識模糊不清。日益發(fā)展的大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能技術(shù)使得統(tǒng)一整合地球歷史時期的地球物質(zhì)成為可能。
利用大數(shù)據(jù)平臺和地球深時大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的綜合分析,可以在礦物演化歷程與行星地質(zhì)演化的基本歷程和特殊事件之間建立聯(lián)系,解答行星地球如何演化、地球各圈層是否存在共演化關(guān)系的基本科學問題。
問題4:第五代核能系統(tǒng)會是什么樣子?
第五代核能系統(tǒng)將改變核能作為基荷能源應用的刻板印象,使核能向靈活和多能轉(zhuǎn)變。一是支持核能系統(tǒng)承擔平衡調(diào)節(jié)任務,以支撐其他可再生能源的最大化應用。二是發(fā)揮多能擔當,助力電網(wǎng)、工業(yè)、運輸?shù)阮I(lǐng)域的深度脫碳。通過上述兩點助力能源革命深化,助力“清潔低碳、安全高效”的能源體系建設。目前期望推動第五代核能系統(tǒng)概念的落地和最終實現(xiàn)。
問題5:特種能場輔助制造的科學原理是什么?
隨著材料強度的提高,制造難度顯著提高,成形缺陷則更難控制。現(xiàn)有的研究表明,特種能場輔助成形技術(shù)在提高此類材料的成形效率和質(zhì)量方面具有顯著優(yōu)勢。
未來面臨的關(guān)鍵難點與挑戰(zhàn)主要包括兩個方面:一是特種能場作用效應的量化與作用機理,二是特種能場作用下的力學模型。合理利用特種能場與材料相互作用的多種效應,突破高強難成形材料的制造難題,將極大地促進先進制造技術(shù)的發(fā)展和應用。
問題6:數(shù)字交通基礎設施如何推動自動駕駛與車路協(xié)同發(fā)展?
未來自動駕駛車輛大范圍社會化運行局面必然會出現(xiàn),對交通運輸系統(tǒng)而言將是一場變革。目前國內(nèi)外面臨以下突出問題:一是道路基礎設施側(cè),智能供給能力不足。二是單車感知的精度很難提升。同時,對于支撐自動駕駛社會化運行的新型道路基礎設施的研究,我國尚處于起步階段,國外也無現(xiàn)成的先進技術(shù)和經(jīng)驗可借鑒,需要適時將自動駕駛研究的支持重點向基礎設施側(cè)智能供給研究及綜合集成落地應用研究轉(zhuǎn)移。
基礎設施是數(shù)十年甚至是百年工程,基礎設施方案一旦大規(guī)模部署將直接影響甚至定義未來幾十年自動駕駛汽車的發(fā)展。因此,自動駕駛和基礎設施之間溝通與協(xié)同至關(guān)重要。
問題7:調(diào)節(jié)人體免疫功能的中醫(yī)藥機制是什么?
一些重大、疑難疾病的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)歸均與免疫密切相關(guān)。中藥免疫學研究發(fā)現(xiàn),中藥既可以增強機體細胞免疫及體液免疫功能;還具有免疫抑制功能,能減少炎性因子的釋放,抑制或消除抗體的產(chǎn)生,抑制T細胞的增殖等。大多數(shù)中藥具有免疫雙向調(diào)節(jié)功能,體現(xiàn)了中醫(yī)“整體觀”與“陰陽平衡”理論。因此,通過中醫(yī)藥對機體免疫功能調(diào)節(jié)作用研究,不僅可以使中醫(yī)藥在重大免疫性疾病防治上發(fā)揮作用,還可以推動創(chuàng)新性中藥新藥的發(fā)現(xiàn)和研制。
問題8:植物無融合生殖的生物學基礎是什么?
無融合生殖是一種通過種子進行無性繁殖的生殖方式,可以使雜交品種產(chǎn)生克隆種子,保持雜交后代性狀不發(fā)生分離,從而永久固定雜種優(yōu)勢。由于無融合生殖對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要性,培育無融合生殖作物被譽為農(nóng)業(yè)研究領(lǐng)域的“圣杯”。但目前形成機制依然不清楚,也未能將其成功應用于作物育種中。
研究無融合生殖的生物學基礎,并將其引入到主要作物中可以簡化雜交種子的生產(chǎn)過程,提高育種效率,大幅降低雜交種的制種風險和成本,同時可以使許多原先難以大規(guī)模制種的雜交作物商業(yè)化生產(chǎn)成為可能,從而大幅度拓寬雜種優(yōu)勢的利用范圍,保障世界糧食安全。
問題9:如何優(yōu)化變化環(huán)境下我國水資源承載力,實現(xiàn)健康的區(qū)域水平衡狀態(tài)?
基于我國自然地理和經(jīng)濟社會特征,研究變化條件下水資源承載力與水平衡優(yōu)化這一科學問題,有利于深化認識我國區(qū)域水循環(huán)要素及其演化規(guī)律,完善水資源承載力評價方法,闡明水平衡狀態(tài)對于水資源承載力的指標意義,明確諸多水問題及生態(tài)環(huán)境問題的發(fā)生機制,為總結(jié)與水資源承載力相適應的經(jīng)濟社會發(fā)展和生態(tài)保護模式,有效保護和修復生態(tài)環(huán)境提供重要的理論和技術(shù)支撐。
問題10:如何建立虛擬孿生理論和技術(shù)基礎并開展示范應用?
虛擬孿生以數(shù)字孿生為基礎,但更側(cè)重于智能實體或生命體的建模和仿真,可廣泛用于經(jīng)濟、社會、軍事等領(lǐng)域,如經(jīng)濟與社會發(fā)展預測、軍事演習與新概念戰(zhàn)爭研究等。
系統(tǒng)分析當前虛擬孿生理論與技術(shù)研究進展,構(gòu)建虛擬孿生理論、技術(shù)與應用理論體系,研究提出實現(xiàn)虛擬孿生系統(tǒng)的內(nèi)容、流程和關(guān)鍵技術(shù),探索其應用前景和有待突破的關(guān)鍵問題或技術(shù),為未來開展虛擬孿生的進一步落地應用提供理論和方法參考。
10個工程技術(shù)難題
問題1:如何開發(fā)新型免疫細胞在腫瘤治療中的新途徑與新技術(shù)?
癌癥源于生物體細胞不受控制的增殖,可以誘導免疫反應。但免疫系統(tǒng)很難完全清除腫瘤細胞。免疫細胞療法通過回輸免疫細胞,激活或者增強癌癥患者的免疫系統(tǒng)對癌細胞的識別和殺傷能力,是人類徹底治愈腫瘤的希望。
樹突狀細胞(DC)作為鏈接細胞免疫和體液免疫的關(guān)鍵節(jié)點細胞,能夠調(diào)動整個免疫系統(tǒng),成為新型免疫細胞療法的重點研究方向。新型DC可擴增技術(shù)可實現(xiàn)DC疫苗的標準化、批量化生產(chǎn),可顯著減低制備成本;此外,還可以對現(xiàn)有的嵌合抗原受體(CAR-T)、T細胞受體(TCR-T)技術(shù)等進行更新迭代,使單一靶點變成多靶點T細胞,有利于防止癌癥復發(fā),最終提升癌癥的治療效果。
問題2:水平起降組合動力運載器一體化設計為何成為空天技術(shù)新焦點?
通過開展水平起降組合動力運載器一體化設計技術(shù)研究,能夠以更加經(jīng)濟有效的方式滿足航天運輸對于運行成本、使用效能和保障能力的需求。通過航班化運營的方式,可大大降低發(fā)射費用,實現(xiàn)安全、快速、機動、環(huán)保地進出空間,大幅提升我國自由進出空間和利用空間的能力。
問題3:如何實現(xiàn)農(nóng)業(yè)重大入侵生物的前瞻性風險預警和即時控制?
農(nóng)業(yè)入侵生物正呈現(xiàn)入侵源頭增多、傳入風險提高、入侵地點分散、傳播擴散加劇且易于跨境(區(qū)域)擴散傳播的態(tài)勢,不僅危害食品安全和農(nóng)業(yè)生產(chǎn),造成巨大的直接經(jīng)濟損失,還可能對人類健康構(gòu)成越來越大甚至是災難性的威脅,對外交、經(jīng)濟和社會產(chǎn)生巨大影響。因此,站在國際化、全球化視角,從科學研究和專業(yè)技術(shù)層面,開展農(nóng)業(yè)入侵生物跨境傳播預警及防減技術(shù)合作的協(xié)同攻關(guān),將有力解決入侵生物疫情的源頭治理和聯(lián)防聯(lián)控關(guān)鍵技術(shù)難題,保障社會穩(wěn)定與公共安全。
問題4:信息化條件下國家關(guān)鍵基礎設施如何防范重大電磁威脅?
強電磁脈沖通常指各類瞬態(tài)的高強度電磁場,一旦對金融、能源、電力等領(lǐng)域的關(guān)鍵信息基礎設施產(chǎn)生影響,將可能導致交通中斷、金融紊亂、電力癱瘓等重大事故。
我國關(guān)鍵基礎設施強電磁脈沖防御能力和技術(shù)研究還存在較大差距,急需突破強電磁脈沖環(huán)境耦合效應數(shù)值模擬、試驗與考核評價、威脅評估建模與仿真、防護加固與減緩方法等關(guān)鍵技術(shù),快速提升我國關(guān)鍵基礎設施強電磁脈沖防御能力。
問題5:硅光技術(shù)能否促成光電子和微電子的融合?
信息光電子作為信息化社會的“主動脈”,承擔著數(shù)據(jù)傳遞和互聯(lián)的重要功能。發(fā)展超大容量超低能耗的新一代可重構(gòu)多維度光通信(光互聯(lián))技術(shù)、多參量多尺度的高靈敏度光測量與光傳感技術(shù)、超大規(guī)模的智能化光計算(光處理技術(shù))是其重要趨勢。利用國內(nèi)現(xiàn)有微電子產(chǎn)業(yè)資源和互補金屬氧化物半導體(CMOS)制造平臺,建立健全硅光產(chǎn)業(yè)鏈,可以有效提升我國信息光電子的制造能力,緩解光電子芯片制造工藝的“卡脖子”困境,為我國信息化新基建提供有力支撐。
問題6:如何解決集成電路制造工藝中缺陷在線檢測難題?
缺陷檢測設備是我國半導體產(chǎn)業(yè)鏈中最薄弱的環(huán)節(jié)之一。一方面現(xiàn)有最先進技術(shù)設備被少數(shù)幾個發(fā)達國家壟斷,對我國技術(shù)封鎖;另一方面,世界范圍內(nèi)7納米及以下節(jié)點的缺陷在線檢測技術(shù)仍未成熟,誰率先掌握了相應關(guān)鍵技術(shù),誰就掌握了未來主導權(quán)。
因此,突破下一代節(jié)點集成電路制造缺陷在線檢測技術(shù),不但可以打破相關(guān)國家的技術(shù)封鎖,解決“卡脖子”問題,還將提升我國制造業(yè)整體水平,同時帶來巨大經(jīng)濟效應和國際影響力,占領(lǐng)國際競爭制高點。
問題7:無人車如何實現(xiàn)在衛(wèi)星不可用條件下的高精度智能導航?
以無人救援車、無人采礦車、無人運輸車等為代表的特種無人車是完成現(xiàn)代化作業(yè)、搶險救災等任務的核心無人裝備。通過慣性與里程計組合導航,實現(xiàn)一定距離內(nèi)的高精度絕對定位,輔之視覺和雷達傳感器,能夠獲得高精度相對定位信息與環(huán)境感知信息,實現(xiàn)自主避障與在線路徑規(guī)劃,滿足無人車的實際使用需求。
問題8:如何在可再生能源規(guī)模化電解水制氫生產(chǎn)中實現(xiàn)“大規(guī)模”“低能耗”“高穩(wěn)定性”三者的統(tǒng)一?
針對目前可再生能源面臨的時空波動性和并網(wǎng)難等問題,一個解決辦法是將間歇性過剩的可再生能源轉(zhuǎn)化為化學能,方便儲運,實現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定的能量供給和多樣化的開發(fā)利用。但當前電解水制氫技術(shù)的發(fā)展水平限制了可再生能源轉(zhuǎn)為化學能的轉(zhuǎn)化效率及產(chǎn)業(yè)化進程。
突破高效、低成本、規(guī)模化電解水制氫技術(shù)可極大地促進可再生能源、氫能的利用和發(fā)展,還能有效緩解我國和“一帶一路”沿線國家的能源問題。
問題9:如何突破進藏高速公路智能建造及工程健康保障技術(shù)?
青藏高原獨特的地質(zhì)環(huán)境特征以及氣候環(huán)境特征帶來的工程技術(shù)難題是制約西藏高速交通發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)因素。
該問題的突破將整體提升青藏高原高速公路建養(yǎng)技術(shù)現(xiàn)代化水平,降低工程造價和全壽命成本,提高特殊自然環(huán)境下交通設施的供給品質(zhì)與服務能力,為徹底打通西南戰(zhàn)略高地的高速通道提供全面技術(shù)保障。
問題10:如何突破光刻技術(shù)難題?
光刻技術(shù)是制造集成電路的關(guān)鍵技術(shù)和敏感技術(shù)。發(fā)達國家對光刻技術(shù)的轉(zhuǎn)讓、光刻設備的購買以及光刻膠產(chǎn)品的采購實施嚴格管控。光刻技術(shù)的國產(chǎn)化必須是包括光刻設備、光刻膠和所使用全部原料的國產(chǎn)化,否則仍不能擺脫受制于人,“卡脖子”的尷尬現(xiàn)狀。在光刻機方面,應擴大低端光刻機的市場,優(yōu)化性能,同時盡快推出國產(chǎn)193納米浸入式光刻機,實現(xiàn)中端光刻機的國產(chǎn)化;在極紫外(EUV)光刻方面,需要進一步開展相關(guān)基礎研究。同時,應開展所有種類光刻膠的完全國產(chǎn)化研究。
編輯:位林惠
關(guān)鍵詞:技術(shù) 研究 免疫 科技