2021年这十大科创热点值得关注

http://www.scol.com.cn(2020-12-28 10:19:44)  四川在线  编辑:盛飞

投稿邮箱:scolpl@163.com作者:刘志杰 熊筱伟
作者:刘志杰 熊筱伟   投稿邮箱:scolpl@163.com
  ——川观智库赛迪智库长城战略咨询联合发布

  科技创新在全局工作中的战略地位不断凸显。在政府和企业共同努力下,可以预见科技创新将加速突破,科创成果将加速改变生产生活。

  川观智库、赛迪智库、长城战略咨询联合发布2021年十大科技创新热点,希望能给你带来启发。

  热点一:

  人类增强

  【概念】

  人类增强,指通过各种技术提高人类对各类信息的接受和处理能力,例如记忆、计算、快速处理、行动力等,从而增强人的认知和身体体验。人类增强可分为四大类:感觉增强、附肢及生物机能增强、大脑增强、基因增强。具体而言,大脑增强和感觉增强可以极大地增强人的智力、生理和心理能力;附肢及生物机能增强可以短暂或永久克服人体生理局限,弥补因为环境恶化或意外事件而造成的身体缺陷;基因增强能给疾病的预防和治疗提供方案,通过增强免疫力可以预防新冠肺炎疫情等公共危机。

  【解读】

  种种信号显示,即将过去这一年中,人类增强技术已经在应用层面迈出重要步伐。

  2020年,美国科学家开发可植入大脑的计算机芯片,可帮助脊髓损伤患者恢复触觉。同年1月,浙江大学医学院附属第二医院宣布通过脑机接口技术,让一位四肢瘫痪的病人获得了利用大脑运动皮层信号精准控制外部机械臂的能力,从而进行握手、饮水、进食等复杂动作。

  2021年,随着苹果公司、Facebook等国际巨头进场,人类增强技术在附肢及生物机能增强的应用层面有望取得明显进展,从而带来巨大产业关注度,加速技术产业化进程。

  四川省建有全国示范性康复辅助器具生产基地(攀枝花),引进有大量康复辅助器具企业。有这基础,四川应利用好在附肢及生物机能增强领域的先发优势,积极谋划相关布局。 (赛迪智库李旭东)

  热点二:

  “后量子霸权时代”

  【概念】

  量子霸权,又称量子优势。当量子计算设备具备超越经典计算机的计算能力时,就可以说实现了量子霸权。实现量子霸权是量子计算从理论实验走向通用的开端,验证了通用量子计算机的可行性。自2019年10月,谷歌“悬铃木”(Sycamore)量子计算原型机实现量子霸权后,今年12月4日,我国也实现了量子霸权。随着量子霸权的实现,2021年量子计算发展将进入“后量子霸权时代”。

  【解读】

  2021年是我国“后量子霸权时代”元年。这一阶段中量子计算的发展前景更加明朗,相关竞争尤其是在瓶颈技术攻关和应用研究方面的竞争将逐步进入关键期。

  可以预计,国内支持量子科技发展力度将进一步增强,新一年行业将迎来“战略机遇期”。2020年10月,习近平总书记在中央政治局集体学习时强调,加快发展量子科技,对促进高质量发展、保障国家安全具有非常重要的作用。这是量子科技第一次在公开层面进入到我国最高决策层的集体视野中,正式上升为国家战略。

  要实现通用量子计算机梦想,接下来一大关键是聚焦解决可相干操纵数百个量子比特的量子模拟机等瓶颈问题。可以确定的是,各研究机构在量子计算领域持续投入。据IDC (国际数据公司)预测,到2027年,全球量子计算市场规模将达到107亿美元,与2017年相比,10年内增长超过40倍。

  四川省已初步具备前瞻布局量子计算机配套开发,打造量子计算产业链、生态链的基础条件。四川信息产业基础良好,尤其是在电子器件产业配套方面已发展得较为成熟。电子科技大学等在川高校,已经着手布局量子计算相关研发平台,在量子网络和传感技术等领域走在了前面。建议加大相关研发支持力度,并考虑提前介入到量子科技相关应用领域布局中来。 (赛迪智库李雅琪)

  热点三:

  超材料体素

  【概念】

  简单说,一个超材料体素就像是一块网格状乐高积木,以它为材料来排列组合,可以组建赛车、机器人等各类复杂事物。

  具体而言,所谓体素是体积元素的简称。它和二维空间的像素对应,是三维空间分割上的最小单位。超材料,是一类具有特殊性质的、自然界中没有的人造材料。超材料在成分上没有特殊之处,但是通过精密的几何与尺寸排布设计,可以使其具有传统材料无法实现的特性。超材料体素具有轻量化、高性能、易制造、组装速度快等特性。这些特性使得它价格低廉,而且性能灵活,注定有广泛的应用前景。

  【解读】

  从研发进展看,这一新型材料已在实验室取得成功,并开始进入到应用阶段。2020年11月,该材料由麻省理工和美国陆军研究实验室研制成功,并得到美国国家航空航天局(NASA)支持,相关论文发表在《Science Advances》期刊上。研发团队还与丰田合作生产了一款由体素组成的功能性超里程赛车。当撞上障碍物后,赛车网格状的内部结构发生变形后反弹吸收冲击力,可以使得赛车几乎不受到损坏。而且这种结构在短短一个月内就可以组装出来,而使用传统方法建造需要一年时间。

  综合分析现有公开材料,超材料体素有望在2021年迎来产业化“起步期”,具体在航空航天、军事领域及机器人领域得到率先应用。已有材料显示,超材料体素运用在风力涡轮机的叶片上,可实现叶片现场组装拆卸乃至回收利用;用体素制作的飞机机翼可以在高强度的同时更加灵活,更贴近鸟类翅膀,可以顺势、持续改变形状来应对气压或风速的变化。用在机器人领域,机器人可以完成各类灵活动作,多个机器人甚至可以重组成一座桥。同时这一材料可以让机器人具备高弹性高抗打击力和坚硬的性能,在采矿等行业都能够运用。

  四川省在高分子复合材料、特种金属功能材料、先进碳材料等多个领域都有布局,并打破了全球晶硅行业的竞争格局,真正实现了高纯晶硅“中国制造”。四川可以在先进材料基础上发挥优势,以这一新材料为切入口,进一步激发先进材料产业发展活力,以先进材料助推航空等领域高质量发展。 (赛迪智库李旭东)

  热点四:

  空间智能

  【概念】

  空间智能是一种突破人机交互维度的新技术。在4G时代,PC、手机端等二维世界智能交互场景得到了充分开发和应用。而空间智能应用场景相对应的是三维空间。空间智能能将现实世界的空间、场景、复杂用户行为与数据“无缝”连接。用户可通过AI设备,及时掌握所见三维世界的信息,如能实时“看见”所在地未来规划的样子,从而拓宽用户的感知边界。

  【解读】

  随着2021年5G基础设施建设的全面铺开,5G网络的低延时特性必将为三维世界的空间智能创造良好的发展条件。空间智能有望和5G、人工智能、大数据、云计算等前沿技术融合创新发展,推动相关应用加速落地,催生出种类丰富的业态和服务,让三维空间成为信息产业的主要消费场景。

  在应用层面,空间智能有望在社交及游戏领域率先对传统人机交互方式形成强大冲击。目前,国内外科技企业在空间智能领域均有布局,如Facebook的全新的实时空间地图LiveMaps、宸境科技与广州南沙合作推出的城市级别镜像世界MirrorVerse等。

  四川在电子信息硬件和游戏交互场景两个方面的基础,均为发展空间智能产业提供了良好条件。建议进一步有效整合省内在通信服务、信息服务、电子材料、电子元器件、网络设备以及终端设备的资源,打造具备较强市场影响力、先进技术创新体系、高效协作网络组织结构的产业集聚区,同时尽早布局空间智能在行业领域的应用,为5G时代三维空间的交互浪潮做足准备。(赛迪智库李雅琪)

  热点五:

  “隐私搅拌器”

  【概念】

  “隐私搅拌器”是一种避免在大数据应用中用户真实身份被逆向分析出来的隐私保护技术。“隐私搅拌器”是一种通俗命名,核心技术还是差分隐私等算法。差分隐私是一种比较强的隐私保护技术,相当于在数据匿名前提下再“上一把锁”,运用差分隐私技术,任何获取到的部分数据内容都无法推导分析出更多其他数据,进而深度保障了用户数据安全。“隐私搅拌器”被认为既能保护大数据分析准确,又能保障用户隐私。

  【解读】

  近年来,随着互联网深度与我们的生活工作融合,着力解决数据安全使用问题已成为全社会共识。尤其在即将到来的2021年,这一问题面临更紧迫的现实情况——一方面在疫情常态化防控背景下,如何在利用相关个人数据加强疫情防控的同时有效保护个人隐私,成为社会关注议题;另一方面,2021年我国将正式实施《民法典》,其中对“隐私权和个人信息保护”做了专门规定,加强隐私保护已成为不可逆的趋势。

  可见“隐私搅拌器”有广阔的前景。就四川而言,一些高校在相关技术领域均有自己的比较优势,如四川大学的统计学与数据科学、电子科技大学的信息安全技术等。2021年,四川可加大对相关核心技术支持力度,构建覆盖数据采集、传输、存储、处理、交换、销毁等全生命周期的数字治理机制,为未来广泛的应用前景做好准备。(长城战略咨询吴祝欣)

  热点六:

  “机器打工人”

  【概念】

  “打工人”是2020年的网络热词,它是对所有从事体力劳动或者技术劳动的人的统称,无论是工地搬砖工人,还是坐在办公室“996”的白领,抑或是中层领导、创业者等,都可以自称“打工人”。

  “机器打工人”顾名思义,是真正能够像人一样从事劳动、创造价值的机器人。与传统机器人的区别在于,它们是智能化、自动化的工具。“机器打工人”来了,会不会抢占人们的岗位?其实担心大可不必。“机器打工人”的诞生,将解放“打工人”的双手,让人类从事更具创造性的工作。

  【解读】

  2020年,新冠肺炎疫情为机器人产业蓬勃发展提供了新机遇,各领域都加速了应用机器人的步伐。比如,早在两年前就在英国小镇米尔顿·凯恩斯给人们送货的轮式机器人,在疫情暴发后变得异常忙碌,成为疫情防控隔离期间的“风景线”。2020年底,LG推出新型消毒机器人,运用自动驾驶技术穿越障碍物,给直接触碰的物体和区域进行消毒。

  2021年,疫情的影响还将继续,机器人在产业中的应用有望进一步加速发展。据麦肯锡全球研究院预测,到2025年全球服务机器人每年将产生1.1万亿美元至3.3万亿美元的经济效益,四川在2021年应该紧抓“智能服务”新机遇,推动“人工智能+”新经济产业体系建设,提早布局,拓宽机器人在地震、医疗、教学等场景的应用。(长城战略咨询洪思雨)

  热点七:

  深空探测

  【概念】

  深空探测,学术界定义是探测地球以外天体和星际空间,广义上理解是指对月球及其以远的宇宙空间进行的科学探索与观测。

  随着科技的发展与进步,人类对深空的遥望和想象逐渐转变为火星探测工程、深空平台建立计划等多项深空探测行动任务,为空间科学发展、空间资源开发、人类生存空间扩展等提供了广阔的发展空间。

  【解读】

  2020年,国内外针对深空领域的探索,都有了前所未有的突破。就国内而言,今年7月中国首次火星探测任务“天问一号”探测器在文昌航天发射场由长征五号遥四运载火箭发射升空,标志着中国航天进入深空时代。

  我们预计在深空探测领域,参与主体会越来越多元。尤其是火星探测,将是未来一段时间各国“解锁深空”的一大重点。针对火星的我国自主探测任务自探测计划批复以来稳步推进,预计2021年5月“天问一号”将实现火星着陆,执行火星环绕、着陆和巡视三大任务。此次火星探测任务有望推动我国在空间人机联合、空间时延补偿、深空安全制动等领域实现技术突破,为未来人类登陆行星计划、空地往返运输工程、驻守太空等多样化深空场景建设贡献中国智慧。所以我们有理由相信,2021年针对深空领域的探测尤其是火星的探测,将成为我国乃至世界科技创新的一大热点。

  “十四五”时期,空天科技被提升至国家战略高度,空天地海融合发展面临重大机遇。应对这一趋势,四川要把握空天地融合发展的技术产品机遇,充分发挥航天领域的高校院所与企业的资源活力,带动相关科技创新与人才培养,将成都建成比肩北京、上海的全国航天产业高地,为构建地面无线与空间通信集成的全连接世界贡献四川力量。(长城战略咨询曹慕琳)

  热点八:

  “虚拟科学家”

  【概念】

  “虚拟科学家”,是人工智能领域最新出现的突破——在计算机模拟、延伸和扩展人类智能上,已经出现了可以达到科学家某些能力的水平。

  【解读】

  人工智能领域已经迈入了更加智慧的新赛道。人工智能自2017年谷歌DeepMind部门开发的人工智能程序AlphaGo战胜围棋世界冠军柯洁后,时隔三年,2020年,DeepMind部门开发的AlphaFold2再次惊艳世界。在当年的蛋白质结构预测大赛CASP14中,谷歌DeepMind部门开发的AlphaFold2解决了关键的“蛋白质折叠问题”,能够基于氨基酸序列预测蛋白质3D结构,并将解决问题的运算时间从数月缩短至数小时,不仅获得冠军,还有史以来第一次把蛋白质结构预测这个功能做到了基本接近实用的水平。如果把AlphaFold2看作一位科学家,它完成了一个生物学中50年未决的挑战。

  AI技术一直处于计算机技术的前沿,其研究的理论和发展在很大程度上将决定计算机技术的发展方向。面向未来,四川应抓紧研究实现“虚拟科学家”所需技术,推动人工智能与生命科学、科技研发、数据分析等领域相融合,开发人工智能在科研领域的应用前景,更好助力科学进步。(长城战略咨询岳彩军)

  热点九:

  边缘赋能

  【概念】

  边缘赋能,是指借助边缘计算等技术,让各类网端产生的数据不用统一上传到云中心,就能在数据产生端实现计算,进而让边缘网端拥有数字化分析能力。边缘计算是边缘赋能最重要的技术。和云计算不同的是,边缘计算能够实现将网络流量与计算处理保留在本地,减少数据延迟,发挥边缘能力并赋予边缘终端更大的自治性,具有实时性、去中心化、高效传输、冗余信息少等特征,能够加速终端设备的智能化应用,培育出新的商业模式,有效保护各类智能应用场景的数据安全。

  【解读】

  随着数以十亿计的设备源源不断地连接到互联网,把公有云作为唯一的中央数据中心已经不再可持续,单是这些激增的数据量,便可造成传输网络拥堵。而想要真正迈入人工智能时代,终端各类海量“小数据”实时处理的需求量很大。边缘赋能将成为社会数字化转型中敏捷连接、实时业务、隐私保护的关键支撑。

  随着各大互联网技术开发巨头都已经涉足边缘计算领域,可以肯定的是,2021年边缘赋能会进入更广阔应用落地的阶段。四川在无人驾驶、智慧工厂等领域可以率先关注,从基础设施场景开始投入,相关运营商要注重计算领域的技术开发和服务,顺应发展趋势。(川观智库刘志杰熊筱伟)

  热点十:

  柔性制造

  【概念】

  柔性制造是一种根据订单需求可及时调整生产线的生产技术手段。和传统生产方式相比,最大特点是灵活。传统“刚性”自动化生产线更适用于单一品种商品的大批量生产,但由于设备固定,如果只加工中小批量产品,就会出现成本过高等问题。相较而言,柔性制造更能快速适应外部环境变化。

  【解读】

  2021年,柔性制造从可行性和必要性上都有值得关注的理由。

  就可行性而言,尽管柔性制造本身并不是一个新概念,但在5G时代全面到来之前,很多工厂在设备联网过程中需要大量的布线,导致很难真正实现“柔性”。但当足够低延时的5G网络大范围应用后,设备可以直接联无线网络,省去了很多网线,为实现可排列重组生产线的柔性制造创造了条件。

  就必要性而言,2021年新冠肺炎疫情影响还在持续中,用户订单不稳定性增加,“弹性供应链”是确保供应链安全的一个重要技术方式。“弹性供应链”就离不开柔性生产线。从长远看,产品高速更新换代是必然的趋势,互联网经济的C2B商业模式将渗透到工业制造领域,客户需求不断精细化甚至要求定制化,有时候只需要加工一种或几种相类似的零件。这种情况下,实现柔性制造是制造业企业适应未来变化的重要方式。

  柔性制造涉及很多关键技术,其中计算机辅助设计技术、模糊控制技术、人工智能、专家系统及智能传感器技术、人工神经网络技术是目前的主要研究方向,也是生产力大突破的关键点,其研发与突破值得重点关注。

  四川在集成电路、新型显示、智能终端等产业具有比较优势,同时恰逢东部沿海地区产业梯度转移契机,在重点发展资本密集型产业时,应该注重工厂中柔性制造的布局,融合应用5G等技术,加快工业互联的技术创新和应用,形成更弹性、安全的供应链,抢占未来产业发展先机。
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