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中国应对颠覆性技术创新需要重点布局的领域

2016-3-10 16:47:12点击:

  《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》发布。习近平总书记在“十三五”规划建议的说明中指出,当前中国科技创新已步入以跟踪为主转向跟踪和并跑、领跑并存的新阶段。要实现这种转变,就需要在核心技术和重点领域超前布局。基于前几期对世界各国颠覆性技术创新方向的研判,本文将着重介绍我国未来战略发展需要重点布局的领域。

  一、未来十年,世界范围内可能出现颠覆性创新的科技领域

  根据近年来世界主要国家和知名智库的技术预见研究成果,以国内外有一定影响力的科学家、企业家和科技管理专家的访谈,以及对科技组织的调研为基础进行综合研判,笔者认为,从全球角度来看未来十年可能取得突破的颠覆性技术有以下九个领域。

  1.先进计算技术与人工智能

  先进计算技术与人工智能将改变行业秩序,促使利润在资本、劳动力和消费者之间发生转移,从而影响全球经济秩序和政治格局。谷歌、IBM、微软、甚至相关国家的政府都已经开始致力于开发量子计算机。中国科学技术大学潘建伟院士领衔的关于量子科学的研究处于世界领先水平,我国有望在量子信息等产业抢占先机、成为领跑者。

  2.纳米技术与材料科学

  纳米技术作为下一代通用技术,在材料与制造、医疗与卫生、能源与环境、计算与信息等领域,特别是有关国家安全的技术领域将取得新突破,纳米技术的应用将引发生产革命和消费革命。美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA)甚至认为,与纳米技术相比,也许没有其他新兴技术在未来能够产生更加颠覆性的影响。纳米技术将覆盖每一个经济部门,包括电子、建筑、医药、食品、甚至国防。以纳米医用材料为例,麦肯锡研究院一项研究表明,纳米医用材料可为癌症患者提供癌症靶向药物,到2025年其直接经济影响可达1500~5000亿美元。美国、欧盟、俄罗斯和日本纷纷采取有效措施,争取在未来高科技发展中取得主动。美国在21世纪以来实施并持续推进国家纳米技术计划(National Nanotechnology Initiative,NNI),支持对纳米技术的长期持续开发。但同时,由于纳米颗粒向空气或环境中排放而造成的新的污染等问题需引起高度重视。

  3.基因与精准医疗

  基因技术将给人类自身带来颠覆性革命,以基因组信息为基础的精准医疗将为患者量身制定出最佳治疗方案,达到治疗效果最大化和副作用最小化。精准医疗是系统工程,大数据是基础,基因测序是工具。基因测序产业的竞争要素是技术、服务和渠道,门槛是数据库。据麦肯锡研究院预测,下一代基因组学将推动生物学领域的快速进步。到2025年,其潜在经济影响可达0.7~1.6万亿美元。由中科院北京基因组研究所牵头、多个院所参加的中国人群精准医学研究计划已于2016年年初正式启动,国家卫计委会同科技部等部门正在拟定中国版的精准医疗计划。

  4.能源开发与存储

  能源的战略价值不言而喻。先进油气勘探开采方面,到2025年,页岩气和轻质致密油勘探开采的直接经济影响可达数千亿美元。可再生能源方面,到2025年,风能和太阳能光伏发电占全球电力产量的比例可能由目前的2%增至16%,其潜在经济影响可达2000亿美元,每年可减少碳排放10~12亿吨。储能方面,到2025年,其潜在经济影响将达到数千亿美元,主要应用于电动和混合动力汽车、分布式能源、公用事业等。基于中国发展中的能源与环境压力,为解决好技术与管理瓶颈,需要在新能源开发利用、能源智能管理、清洁能源存储等方面进行战略布局。

  5.航空航天与地外生命探测

  谁拥有太空话语权,谁就拥有了真正话语权。奥巴马在2015年国情咨文演说中强调“投资太空技术至关重要,太空冒险的长期目标是要留在太空,而不仅仅是到访”。2013年,DARPA启动了“凤凰(Phoenix)计划”,即针对地球静止轨道卫星重复利用验证计划,该计划重要内容之一是在地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit,GEO)建造太空机器人。美国国家航空航天局支持保护宇航员免受太空辐射、先进推进系统、人类外太空生存等多项研究,以奠定发展太空文明的基础,并为未来人类去往火星提供保障。

  6.网络与大数据

  数据资源和数据入口的抢夺越来越成为国家、企业竞争的关键。大数据和移动互联网革命将从信息不对称的服务业延伸到政府、制造业甚至第一产业中。据估算,到2025年,仅通过网络提供计算机软硬件资源服务的云技术一项,其潜在经济影响将为数万亿美元。从更大范围来看,基于网络与大数据的物联网,将涵盖包括智能电网、城市基础设施、公共安全、资源开采、农业和汽车等众多领域。“互联网+”将助力“中国制造2025”的实现,“互联网+”新经济形态将初步形成,“互联网+”成为经济社会创新发展的重要驱动力量。

  7.智能汽车与智慧交通

  智能汽车集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体,集中运用计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。智能汽车将是汽车产业的发展趋势,智能汽车与智慧交通孕育巨大投资潜力和消费潜力,未来汽车产业90%以上的科技创新将集中在汽车智能化领域和交通智慧化领域。对消费者而言,安全性是最大的考量因素。据统计,超过90%的事故涉及人为错误,而机器智能决策的反应速度和精度可以极大提升交通的安全性。基于传感器、计算机和数据科学方面取得的突破,无人驾驶汽车将很快投入商用。世界范围内的传统车企、信息技术企业纷纷发力,车载智能系统、无人驾驶成为研发方向。

  8.绿色制造与先进制造

  为降低高能耗、高污染的传统制造业的比重,需要发展绿色制造与先进制造。在产品整个生命周期中,实现对环境的负作用最小,资源利用率最高,是全球面临的重大课题。绿色制造、先进制造能力与信息技术、新材料技术的融合,将在全球范围内带来颠覆性改变,受到发达国家和发展中国家政府和产业界的极大重视。

  9.教育技术与知识自动化

  颠覆性创新因人而生,先进教育技术和知识自动化系统将以较小成本带来社会思想领域和行为领域的深刻变革。据统计研究显示,数字化训练的效果明显优于传统训练。奥巴马提出,在2018年之前为至少99%的学生接通高速宽带网络。知识自动化可以引发知识传播、获取、分析、影响、产生等方面的重要变革,到2025年,其潜在经济影响相当于增加1.1~1.4亿个全职劳动力。

  二、国内外科技界、产业界对我国战略布局的研判

  为了解国内外科技界、产业界对我国战略布局的意见,中国科协创新战略研究院近期开展了关于世界范围颠覆性技术的调查研究。本次调查以开放式调查为主,向世界顶级科学家、企业家征集意见,具体为“未来10年,在哪5~10个科技领域可能出现颠覆性创新?”和“立足中国国情,要抓住此次科技和产业变革重大机遇,中国应在哪5~10个战略性科技领域超前谋划布局?”两大议题。同时,也请参与者推荐10位左右世界级科学家、企业家出席本次战略对话。征集对象包括:中国科协常委、千人计划入选者、全国学会理事长、海智计划和未来论坛联系的科学家等。

  1.对未来颠覆性技术领域的预判

  从反馈的意见来看,当前不同科学家对于未来可能出现的颠覆性技术的研判不尽相同。为了原汁原味地反映科学家的提议,笔者尽量保留了他们提议的用语。同时为了便于分析,笔者按照大学科领域分为医学与生命、信息技术、工程材料、能源环境、地球天文、综合交叉等六大领域。

  从大的分类来看,征集到的意见主要集中在医学与生命科学、信息技术、工程材料科学、能源环境、地球天文等几个重大领域。

  按提及频次来看,“基因组学”“机器人/人工智能”“量子信息技术”“新材料”“能源生产与智能管理”等出现频次较高。

  此外,医学与生命科学领域中“神经系统科学”“生物技术”“分子演化”“认知生物学”“干细胞”“疾病的早期诊断和预测”,信息技术领域的“大数据”“物联网”“虚拟现实”“无人机”,工程材料领域的“3D打印”,能源环境领域的“气候变化与可持续发展”“环保与绿色经济”“环境科学”“储能技术”“先进油气勘探开采”“核聚变及应用”,地球天文科学领域的“地球观测与宇宙探索”,综合交叉领域的“生态农业与精准农业”等,出现频次较高。

  2.对我国应超前谋划领域的建议

  调查显示,科学家们认为,立足中国国情,中国应该超前布局的领域也主要集中在医学与生命、工程材料、信息技术、能源环境、地球天文和综合交叉等六大领域。不同的是,科学家们对于地球天文领域中国的布局与世界相比,还存在一定的差异。另外,科研人员创业、国家安全、应急预案等与国家发展和国防安全相关领域也受到科学家的关注。

  按照提及频次来看,“基因组学”“细胞技术与生命机理探索”“新材料”“机器人/人工智能”“能源”等出现频次较高。

  此外,医学与生命科学领域中“分子演化”“神经系统科学”“认知生物学”“生物和大健康产业”,信息技术领域的“量子计算机与量子通信”“大数据”“交通管理系统的高度智能化”,工程材料领域的“3D打印”,能源环境领域的“环境科学”“资源可持续循环利用和发展”“新能源”“储能技术”,综合交叉领域的“生态农业与精准农业”等,出现频次较高。

  三、中国科技创新并跑、领跑新阶段的国家科技战略布局

  《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十三个五年规划的建议》(以下简称《建议》)提出,要重视颠覆性技术创新,积极提出并牵头组织国际大科学计划和大科学工程;要坚持战略和前沿导向,集中支持事关发展全局的基础研究和共性关键技术研究。

  在可能取得颠覆性创新的领域及早布局,能够取得变革性结果。结合我国未来战略技术拓展空间的可能、目前的战略布局情况,以及本次征集到的我国科学家和企业家的建议,进一步聚焦,目前我国需要在以下几个领域进行优先布局:

  一是先进计算技术与人工智能。包括:认知科学、量子通信、量子计算机等。

  二是纳米技术与材料科学。包括:纳米材料、纳米传感器、生物医学纳米技术和纳米药物、纳米制造等。

  三是基因与精准医疗。包括:基因组、分子医学、合成生物技术、生物技术诊断等。

  四是能源开发与存储。包括:先进油气勘探、核能、可再生能源、先进电池技术、能源智能管理等。

  五是网络与大数据。包括:互联网、大数据、产业融合等。

  六是智能汽车与智慧交通。包括:无人驾驶汽车、自动控制、云平台、传感器、交通管理系统等。

  七是绿色制造与先进制造。包括:智能制造、机器人、3D打印、数控机床、航空航天装备、海洋工程装备等。

  在重视技术创新和战略布局的同时,需要树立新的发展理念。《建议》中指出,要树立创新、协调、绿色、开放、共享的发展理念。这与我国的现实是密切相关的,当前我国在加速实施创新驱动发展战略的同时,也遭遇了前所未有的环境危机,可以说,生态文明是小康社会建设的突出短板。

  中国科协创新战略研究院(作者:刘春平)