未來驅(qū)動創(chuàng)新科技改變世界

劉曉云

根據(jù)普華永道今年公布的全球CEO年度調(diào)研，對于問題“未來五年里，什么因素最有可能塑造行業(yè)利益相關(guān)者的業(yè)務(wù)期望”，CEO們明確表態(tài)，指出科技進步是目前最有影響力的因素。當“科技進步”占據(jù)如此重要的位置，那么哪些科技會對企業(yè)造成最重大的影響？我們該從何處著手探索新興科技？我們該投資哪項技術(shù)攜手科學(xué)家促成科技成果轉(zhuǎn)化？

為普及前沿科技和新興科技的宣傳，推動科技創(chuàng)新和科技成果的轉(zhuǎn)化，促進資本、科研人員、科技成果的融合發(fā)展，本刊新增“未來科技”欄目，與“科技投資”欄目相輔，為前段問題開辟答疑解惑的平臺窗口。“未來科技”涉及未來二十年在科技、裝備制造、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、交通、能源、人才、文化和教育等領(lǐng)域，將對中國經(jīng)濟、社會和民生等各方面產(chǎn)生深遠影響、也會給國際社會帶來重大機遇的前沿科技和超越現(xiàn)實的科學(xué)技術(shù)；旨在探索研發(fā)著眼于未來的、能夠重塑人類生活、工業(yè)生產(chǎn)、商業(yè)消費模式乃至全球經(jīng)濟革命性進步的技術(shù)。

中國科學(xué)院院長白春禮院士在分析國內(nèi)外科技發(fā)展態(tài)勢時指出：“在若干重要科技領(lǐng)域，外部技術(shù)變革和內(nèi)在矛盾正在推動一些基本科學(xué)問題的突破，而其結(jié)果可能會深刻影響人類的生產(chǎn)和生活方式，深刻影響社會發(fā)展的進程，深刻影響國家的國際競爭地位。我們必須及時分析科技發(fā)展的態(tài)勢，把握新一輪科技革命的戰(zhàn)略機遇，大幅提升我國科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化能力?！?/p>

當前，我國正在研究的絕大部分技術(shù)，都是在別人已經(jīng)研發(fā)成功的基礎(chǔ)上進行跟蹤、模仿并力求超越，但對于處在萌芽狀態(tài)的探索性的、有可能帶來重大變革的技術(shù)卻關(guān)注很少。與此同時，我國高層次科技人才的培養(yǎng)也往往落后于產(chǎn)業(yè)需求，難以滿足當前產(chǎn)業(yè)變革急需的交叉復(fù)合型人才。由此導(dǎo)致我國技術(shù)創(chuàng)新原創(chuàng)力不強的問題持續(xù)存在，關(guān)鍵領(lǐng)域很多核心技術(shù)受制于人，許多重要產(chǎn)業(yè)的制造裝備、制造工藝和基礎(chǔ)材料水平落后。為實現(xiàn)我國科技水平“彎道超車”、從跟跑到領(lǐng)跑的跨越，迫切需要圍繞未來可能產(chǎn)生的變革性技術(shù)進行前沿探索，迫切需要圍繞未來技術(shù)提前布局培養(yǎng)具有前瞻交叉思維的復(fù)合型科技人才，為我國產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級過程中國民經(jīng)濟發(fā)展、國家安全的重大問題提供支撐，進而加速科學(xué)發(fā)現(xiàn)、引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國科學(xué)院副院長、國科大校長丁仲禮院士認為，未來技術(shù)同現(xiàn)有技術(shù)的邊界很難劃分，不是從學(xué)科的角度去布局，而要從材料領(lǐng)域、信息領(lǐng)域、能源領(lǐng)域和生命科學(xué)領(lǐng)域的核心關(guān)鍵問題出發(fā)，充分考慮領(lǐng)域之間的相互交叉融合設(shè)立研究方向；每一個未來技術(shù)方向應(yīng)該有不同的技術(shù)路線，每一條技術(shù)路線，都需要年富力強、思維活躍、符合未來技術(shù)定位，而且愿意從事未來技術(shù)研究與教學(xué)、能夠與學(xué)生共同研究共同成長的老師去探索。

“未來科技”欄目將邀請國內(nèi)和國際著名科學(xué)家、科技企業(yè)家講授前沿科技未來發(fā)展趨勢，為掌握未來科技動向的企業(yè)家和具有獨立創(chuàng)新精神的未來科學(xué)家提供培養(yǎng)交流平臺，從“科技創(chuàng)新”和“社會責任”角度，共同探討“如何更加高效地利用能源、資源和科技，打造綠色、智慧、可持續(xù)發(fā)展的城市”。同時以中國科學(xué)院和中國科學(xué)院大學(xué)為主要載體，以構(gòu)建未來科技創(chuàng)新體系為強大支撐，充分發(fā)揮本刊高端科普宣傳作用和所擁有的頂級科學(xué)家資源優(yōu)勢，秉持開放合作理念，推動科技和經(jīng)濟結(jié)合，通過，政、產(chǎn)、學(xué)、研、用，等各方面的深入合作，構(gòu)建區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新共同體，實現(xiàn)創(chuàng)新鏈與產(chǎn)業(yè)鏈有效嫁接，增強企業(yè)創(chuàng)新能力，加強科技創(chuàng)新合作，為建設(shè)世界科技強國、國家生態(tài)文明建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。

未來二十年改變世界的重大科技趨勢（摘自ATOS【2016科技趨勢報告】）：

1、3D打印

3D打印也可被稱為疊加制造技術(shù)，是一種制造方法，將用CAD（計算機輔助設(shè)計）程序創(chuàng)建的虛擬3D對象做成實物?？纱蛴〉膶嵨锍叽绶秶軓V，小至納米級別，大至建筑物般大小。打造物體零件過程中，3D打印機可使用各種添加流程，對材料進行層層疊加，而后整個物體才會被創(chuàng)造出來。

2、5G

5G代表下一代通信網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)。不再是傳統(tǒng)通信技術(shù)的演進版本，5G將會是一種新的通信方式，以滿足未來的應(yīng)用和場景的需求；傳統(tǒng)的4G LTE技術(shù)將繼續(xù)并行演進。預(yù)計將減少約2毫秒的網(wǎng)絡(luò)延遲并將提升1000倍的無線容量，而后可為移動視頻流、視頻會議等應(yīng)用提供所需容量，最多節(jié)省90%的能源，為70多億人提供服務(wù)的7萬多億臺無線設(shè)備通過5G連接物聯(lián)網(wǎng)，真正趨近萬物互聯(lián)。

3、先進的數(shù)據(jù)可視化

在復(fù)雜數(shù)據(jù)集中，可視化呈現(xiàn)技術(shù)（d8taviz）是一種更自然地理解模型和關(guān)系的方式之一。這些數(shù)據(jù)集之間的交互（比如操縱數(shù)據(jù)，改變視角等），通過更深層地探索數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)大量變量之間隱含的聯(lián)系和相關(guān)性等。先進的dataviz技術(shù)不但可對快速演變的數(shù)據(jù)集進行可視化和探索，還可以不局限于2D屏幕，通過增強現(xiàn)實，或現(xiàn)實環(huán)境，甚至是沉浸式洞穴以提供3D的呈現(xiàn)形式。

4、先進的機器人技術(shù)

因為人工智能和計算機視覺（應(yīng)用在軟件或硬件中的人工視覺計算機系統(tǒng)，能夠?qū)θ鐖D像和視頻等視覺數(shù)據(jù)進行認知、處理和理解）方面的進展，機器人領(lǐng)域得以蓬勃發(fā)展。機器人互聯(lián)性也在不斷提升，能夠成為物聯(lián)網(wǎng)的一部分與周圍環(huán)境及其他智能機器進行交互。

5、自動駕駛汽車

自動駕駛汽車是車輛運輸和機器人功能交集產(chǎn)生的新興領(lǐng)域，其中包括采用人工智能的環(huán)境傳感器，環(huán)境意識和自主決策。自駕車輛能夠依靠這些技術(shù)自己開車，同時識別、響應(yīng)周圍環(huán)境。這個領(lǐng)域的主要參與者包括相互之間既競爭又合作的汽車和技術(shù)公司，分別從技術(shù)以及傳統(tǒng)汽車制造兩個出發(fā)點向無人駕駛方向演進。

6、生物計算機

生物計算機，使用例如DNA和蛋白質(zhì)等生物材料，來執(zhí)行包括儲存、檢索和處理數(shù)據(jù)在內(nèi)的計算機計算任務(wù)。它們利用生命功能，依靠納米生物技術(shù)，去設(shè)計提供計算功能的生物分子系統(tǒng)。生物計算機將被廣泛應(yīng)用于演繹生命過程，基于我們DNA編碼的生物分子之間的復(fù)雜生物分子互動；提供分析細菌和病毒的先進生物模板，推動其它生物力學(xué)技術(shù)的發(fā)展，且是目前所知道的唯一自我復(fù)制計算技術(shù)；執(zhí)行需要極端平行的計算，通過數(shù)十億分子彼此同時互動來實現(xiàn)；解決無法在多項式時間內(nèi)確定解決的問題；提供作為長期儲存信息機制的可能性等。

7、區(qū)塊鏈

區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)庫的一種形式，使用密碼技術(shù)以確保檔案按順序儲存并且防止篡改。公共、私人或社區(qū)的區(qū)塊鏈提供由單個實體維護和集中控制總賬的替代方法。這樣做的時候，它們建立一個允許信任建立的對等網(wǎng)絡(luò)（peer-to-peer network）新模型，而不需要委托第三方。

8、云服務(wù)集成

新的計算連續(xù)體（continuum）會是一個異構(gòu)環(huán)境，它建立在去中心化和各種不同計算實體和資源拓撲結(jié)構(gòu)的聯(lián)合基礎(chǔ)上。包括多個云（以及云聯(lián)合）模型，這些模型具有他們不同的、去中心的自主管理以及混合云模型，這些混合云模型橫跨內(nèi)部和外部云服務(wù)、或公私以及社區(qū)提供商的邊界。云服務(wù)集成（CSI）為集成這些不同的、以云為基礎(chǔ)的元素提供了靈活手段，為橫貫IT領(lǐng)域的商業(yè)過程提供支持。計算工作量被部署于跨多個云環(huán)境中，提供最優(yōu)的配送模式。

9、分布式社交網(wǎng)絡(luò)

分布式社交網(wǎng)絡(luò)（DSN）是指由社交網(wǎng)絡(luò)倡議開發(fā)的、以一種聯(lián)合和分布式的模式運營的社交網(wǎng)絡(luò)平臺。關(guān)鍵的社交網(wǎng)絡(luò)功能（如個人信息共享、通信、關(guān)系管理和內(nèi)容分享）是通過新興的開放標準和協(xié)議實現(xiàn)的。盡管DSN和中心化的社交網(wǎng)絡(luò)可能具有相似的應(yīng)用場景，但它們更加重視私人和對個人數(shù)據(jù)的控制。

10、百億億次超級計算

百億億次超級計算機是指每秒至少能執(zhí)行100億億（10.18）次計算（exaFLOPS）的高性能計算（HPC）系統(tǒng)，這超過了今天的千萬億次超級計算機速度的一千倍。它將在解決

21世紀的新挑戰(zhàn)上提供重要的推動力，滿足各個領(lǐng)域（尤其是產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和科學(xué)界）對越來越高的強大計算系統(tǒng)的需求，并可使其可利用認知計算來解決涉及到不斷增長的數(shù)據(jù)量的問題。

11、沉浸式體驗

沉浸式體驗是指用戶的注意力完全被吸引，讓用戶與真實世界斷開并在模擬的空間中失去自己的體驗。沉浸式體驗技術(shù)涵蓋多個種類的幫助體驗更為沉浸化的設(shè)備，并通過這些設(shè)備來讓該技術(shù)對用戶更無形。這些設(shè)備包括3D顯示器——創(chuàng)造深度感的顯示設(shè)備；觸覺設(shè)備——添加觸摸的感覺；全息用戶界面——基于激光的立體顯示，用戶可在其中與全息圖像交互；虛擬現(xiàn)實（VR）——真實世界環(huán)境的數(shù)字模擬。

12、萬物聯(lián)網(wǎng)

萬物聯(lián)網(wǎng)是一個無所不在的通信網(wǎng)絡(luò)，它有效的從幾十億的現(xiàn)實物體和物理活動中捕捉、管理并傳遞數(shù)據(jù)，將人、過程、地點和其他事物包含進來對物聯(lián)網(wǎng)進行延伸；空間分布式的傳感器和執(zhí)行器（節(jié)點）組成的網(wǎng)絡(luò)，每一個節(jié)點都有一個接收器和控制器用于在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境上進行通信，從而探測和檢測時間（傳感器）或者激發(fā)動作（執(zhí)行器）；每一個節(jié)點都有一個獨一無二的標簽，以及不需要人人或人機互動，只通過網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)交換的能力。傳感器和執(zhí)行器有多種尺寸和價格，一些甚至只有用顯微鏡才可以看到，此類微型設(shè)備可以植入許多不同物體中，并應(yīng)用到不同環(huán)境中，像邊遠地區(qū)的惡劣環(huán)境中。感應(yīng)器可能包含以下功能，如GPS、無線射頻識別（RFID）、Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)接入，一些甚至還具有探測其它節(jié)點的準確地點的能力，比如心臟監(jiān)控植入、農(nóng)畜物芯片轉(zhuǎn)發(fā)器、沿海水域的電子蛤，嵌入感應(yīng)器的汽車或能夠幫助消防隊員展開搜救的現(xiàn)場操作設(shè)備。

13，IPv6

IP（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）是當下網(wǎng)絡(luò)的主要通信協(xié)議，如因特網(wǎng)。為了取代IPv4，在20世紀90年代設(shè)計出了IPv6（互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議版本6）。IPv6包含了一些新特征，如地址分配，網(wǎng)絡(luò)重新編號和自動配置。它通過提供支持給組播，并更有效率地管理移動數(shù)據(jù)流量來解決IPv4的缺點，同時IPv6可以嵌入一些配置和發(fā)現(xiàn)機制從而加入到IPv4的標準網(wǎng)絡(luò)。IPv6的實施與推廣，在以下幾個方面將極大促進互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新：實時聯(lián)網(wǎng)一一隨著自動化汽車、遠程遙控手術(shù)、工業(yè)自動化、視頻直播和網(wǎng)絡(luò)語音傳輸（voice over IP）的需求增長，IPV6能夠突破IPv4在這些領(lǐng)域應(yīng)用案例中所暴露出來的人工瓶頸；移動性——以

5G與

IPv6的組合為決定性要素，為路由層面提供無限的覆蓋范圍；物聯(lián)網(wǎng)——提供近乎無限的（IP）地址；創(chuàng)新平臺——相比IPv4，IPv6運行得更好，配置更加簡單易用。

14、自然用戶界面

自然用戶界面（NUI）是設(shè)計用來讓人機交互感覺盡可能自然的系統(tǒng)，其所包含的廣泛的技術(shù)讓用戶可以利用日常行為、直觀的操作和他們自然能力控制交互式應(yīng)用。其中可能包括觸覺、視覺、語音、運動和更高級的認知功能，比如表情、感知和回憶。一些自然用戶界面依賴于媒介設(shè)備，而其它更先進的系統(tǒng)對用戶來說要么不顯眼，甚至是不可見的，其最終目標是讓人機界面近乎消失。比如增強現(xiàn)實一一在自然生活之上增加一個額外的智能層；虛擬現(xiàn)實一一提供真實或想象的環(huán)境的沉浸式數(shù)字表征；混合現(xiàn)實一一融合真實和虛擬世界以生成物理和數(shù)字目標共存和實時交互的環(huán)境；神經(jīng)接口一一基于大腦產(chǎn)生的神經(jīng)活動，提供大腦和外部設(shè)備之間的直接通信路徑；虛擬視網(wǎng)膜顯示器一一直接在視網(wǎng)膜上播放影像，有效增強現(xiàn)實世界；身體監(jiān)測一一讀取比手勢更進一步的肢體語言；觸覺一一模仿身體感覺的數(shù)字反饋；自適應(yīng)接口/情感跟蹤一一根據(jù)變化的背景或用戶需求改變布局和元素；關(guān)系意識（relational awareness）一一作為用戶代理的設(shè)備了解用戶與其他人處于何種關(guān)系；功能可見性一一提供實際物體的數(shù)字表征，讓用戶可以利用所有他們所知道的如何使用該物體的知識；3D顯示器一一創(chuàng)造深度感的顯示設(shè)備；全息用戶界面一一基于激光的立體顯示，用戶可在其中與全息圖像交互；物理控制一一其中物理輸入被轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出。

15、量子計算

量子計算機是利用量子力學(xué)現(xiàn)象（比如疊加與糾纏），對數(shù)據(jù)進行運算的計算系統(tǒng)。量子計算的基本元素是量子比特（量子的疊加態(tài)，可以同時有多個值），相比最優(yōu)的經(jīng)典計算方案，其主要優(yōu)點在于能夠以成倍快于前者的速度執(zhí)行一些量子算法。這些算法正在迅速發(fā)展，未來有一天或能打破當前組合分析的一些技術(shù)限制。量子計算應(yīng)用范圍廣泛，如解密、運籌學(xué)、優(yōu)化、仿真（結(jié)合齊次多項式模型）和大數(shù)據(jù)分析（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）等。

16、無線供電

無線供電描述了不需要實體線路，而通過電磁場替代的電力傳輸方式?，F(xiàn)有兩種電力傳輸方式：利用電磁感應(yīng)和電容性充電的近場充電（NFC）；利用電磁裝置輻射電磁波的遠場或輻射充電。