2018年世界科技發展回顧（下）
全球技術地圖
創新丨前沿丨科普丨資訊
人工智慧與先進位造
美國：AI應用擴大需警惕風險，3D列印技術潛力可期
2018年美國在人工智慧領域依然佔據全球領先地位，科學家開發出多種新演算法，達成創建「可視化」人工神經網路、追蹤動物運動及行為、識別地震後餘震出現地點、預測基因組修復結果等目標，逐步推動人工智慧向前發展。同時，人工智慧應用範疇逐漸擴大，尤其是在醫療領域，食品和藥物管理局首次批准利用人工智慧的醫療設備上市銷售，讓人們對醫療領域人工智慧應用充滿期待。而2000多名人工智慧領域專家共同簽署《禁止致命性自主武器宣言》，揭示人工智慧發展可能帶來的道德及現實風險，則再次警示世人應理性發展人工智慧。
藉助新材料、人工智慧等技術的進步，3D列印為代表的先進位造技術穩步發展。《增材製造標準化路線圖2.0版》的推出，為美製定相關技術標準奠定堅實基礎。而可直接在皮膚上進行3D列印的技術的出現，可跟蹤和存儲使用方式的3D列印器件的研發，以及3D列印生物工程脊髓、磁活化材料等成果，都表明3D列印技術潛力仍在。此外，利用光熱合成石墨烯納米帶、利用聲波製造超微型光二極體、從聚合物化學反應中獲取能源製造聚合物等新技術的出現，為美未來先進位造進一步發展奠定了基礎。
德國：「工業4.0」戰略持續推動，製造業更智能更高效
智能製造在汽車工業的應用是德國工業4.0戰略的重要領域，2018年在聯邦教研部的資助下，學院、科研院所與企業合作，在大學內創建了研發園ARENA2036，探索汽車先進位造和輕質結構及測試問題。未來的製造將不再是同質和線性，工廠需要滿足更多個性化的需求。
德國弗勞恩霍夫協會所屬研究所研發的ANNIE移動操作平台適用於人與機器人協作的複雜生產場景，該平台具有感知、導航、安全、軟體架構和交互等功能，擁有認知能力的機器人可以獨立地執行任務。
為了降低能耗，提高設備使用效率，弗勞恩霍夫研究所IFF開發了可分析預測電負荷曲線的方法「FlexChem」，通過軟體的分析和高峰負荷預測，可大大降低製造成本，並能在利用可再生能源時確保電網的穩定性。
日本：驗證AI設計材料實用性，製成低噪音有機晶體管
2018年3月，富士通株式會社和日本理化學研究所宣布，他們的聯合研究小組在材料設計中應用第一原理計算與人工智慧技術，對全固態鋰離子電池的固體電解質組成實施了預測、合成與評價試驗，並進行了實際驗證。此外，水戶市與NEC啟動實驗，利用人工智慧提高辦公效率和加強內部治理。
日本東北大學等確立鐵—鎵（Fe—Ga）單晶板材的低成本量產技術。作為磁致伸縮材料之一的鐵—鎵單晶是一種非常優異的能量轉換材料，是小尺寸、高輸出和高靈敏度的振動發電元件的基礎材料。振動發電如果走向實用化，就能實現不使用紐扣電池和乾電池的無線通信模塊，便利性將大幅提高。
東京大學將有機半導體製成墨水，利用印刷技術，成功製作出了全球雜訊最低的有機晶體管，有望提供實現物聯網社會所需的低成本、高靈敏度感測器件。
俄羅斯：拓展人工智慧應用，4D雷達用於無人駕駛
俄科學院科拉科學中心建立了礦物成分評估人工神經網路，通過學習，神經網路僅憑礦樣的化學成分即可確定其礦物成分，並自動生成三維礦產資源圖；俄羅斯和以色列合作，使用人工智慧來準確診斷和治療心律不齊；俄法律從業公司推出基於人工智慧的機器人律師，其神經網路建立在世界最大的10萬個法律問題資料庫上，能解答超過2000個問題。
俄施瓦布集團公司下屬企業研發出一款3D眼鏡，集識別目標、判定所處方位及操控機器人等功能於一體，可顯著提高操控機器人的精度。
無人駕駛方面，認知技術公司宣布成功研製出世界首台4D雷達。與激光雷達不同，4D雷達可在惡劣的天氣條件下工作，創建道路場景的四維地圖並提高數據更新頻率，以更高的精度識別移動物體。
韓國：設立人工智慧基金，開發軟體機器人和機械臂
信息通訊公司與智能手機企業聯手推出了使用物聯網技術的摺疊式電動自行車「AIR i」；三星電子建立了人工智慧專項基金「Q基金」。不過，也有國際著名學者質疑韓國科學技術院推進人工智慧武器研究的做法。
韓國大學團隊開發出使用模擬皮電子皮膚的軟體機器人，該電子皮膚在硅膠類物質中安裝晶元與電路，機器人可通過便捷的操作完成自由且連續的動作。韓國研究小組借鑒摺紙技術成功開發出了可大幅伸長同時能夠保持強度的「加杰特」超級機械臂。
以色列：擴大無人機應用，開發聲音機器人
以公司通過實地飛行展示了其自主無人機「麻雀I」的能力，並認為隨著監管繼續放開，無人機在商業和工業市場中的應用範圍將大幅上升。
以公司研發的「鸕鶿」單引擎無人駕駛電動飛行器公開亮相，並受到軍方青睞。該無人飛行器大小如同小卡車或麵包車，採用螺旋槳起降和前行，能在複雜環境下執行救援任務。
以色列公司推出的自動駕駛模擬系統，能夠幫助汽車製造商快速開發、測試、驗證其無人駕駛汽車，並讓它們安全上路。
受蝙蝠啟發，研究人員開發的完全自主地形機器人能像蝙蝠一樣發出聲音並分析回聲，以識別、繪製和避開戶外障礙物。
研究人員找到利用3D印表機生產不同形狀藥物膠囊的新方法。與傳統的膠囊相比，針對用戶特點的3D列印異形膠囊能被更有效地吸收。
「帕克」太陽探測器。圖片來源：NASA官網
空間技術
美國：深空探測異彩紛呈，宇宙探索發現不斷
2018年，「好奇號」「朱諾號」「卡西尼號」「新視野」號等探測器持續提供著火星、木星、土星、柯伊伯帶天體的相關數據。「旅行者2號」朝星際空間進發；OSIRIS-Rex抵達小行星貝努；「黎明」號完成了探測任務，將在穀神星軌道停留數十年後結束其波瀾壯闊的一生。
「老兵」輝煌繼續，「新丁」已開啟征程。新一代系外行星探測器「TESS」4月升空，開始系外行星搜索之旅；「洞察」號11月26日登陸火星，開始火星內部勘測任務；「帕克」探測器在8月12日奔赴太陽，現已成為最接近太陽的人類航天器。
木星研究取得碩果累累。除完成木星閃電資料庫外，科學家還製作了木星不同深度的磁場圖，並在木星大紅斑處發現了水的跡象。此外，新發現12顆衛星使已知木星衛星總數達到79顆，而木衛二上可探測氨基酸的確認，則為找到木衛二生命證據指明了方向。
系外探索已獲多項突破。首次發現銀河系RX J1131-1231星系的行星、在700光年之外的WASP-39b行星上發現大量水、製作出顯示中心複雜結構的銀河系首張大規模年代圖、看到原本無法觀測的140億光年外恆星、精確測量地球與球狀星團NGC 6397的距離等諸多成果，讓人類對宇宙的認知更進一步。
英國：商業空天獲得青睞，自主導航開啟研究
2018年3月，英國政府宣布，為了制定未來的商業航天政策，將就相關管理條款開展論證。8月，英航天局發布公報指出，英國政府將大力推進本國航天發射場的建設，以期更好地參與商業發射業務的競爭。
5月，英國政府公開發布航空研究與技術計劃項目指南，支持民用航空研發。指南要求項目必須符合英國航空戰略，優先領域包括：提高英國在下一代民用飛機的整體設計和系統集成能力；發展智能、互聯和電動飛機；確保英國在開發大型複雜結構，尤其機翼方面處於全球領先地位；開發更高效的新一代推進技術，特別是大型渦輪風扇發動機。
8月，為應對「脫歐」後可能出現無法繼續參與歐盟伽利略衛星導航系統項目的局面，英國政府發表聲明指出，將投資9200萬英鎊開展先期研究，探討未來開發獨立自主衛星導航系統的方案。該項研究為期18個月，將就英國建立自主衛星導航系統提供詳細技術評估和時間安排。
俄羅斯：「聯盟」飛船事故高發，對華合作空天並舉
2018年，俄羅斯「聯盟」系列飛船曾出現兩次事故：8月30日，與國際空間站對接的「聯盟MS-09」飛船上發現造成空氣泄露的鑽孔，航天員及時用膠水和膠帶進行封堵；10月11日，載有兩名宇航員的「聯盟MS-10」飛船由「聯盟-FG」型運載火箭從拜科努爾發射升空，起飛約119秒後，火箭第二級發動機突然關閉，宇航員使用發射逃逸系統成功獲救。
航空航天對華合作繼續深化。俄聯合航空製造集團公司與中國商用飛機有限責任公司商定了中俄遠程寬體客機CR929的外形參數；俄科學院西伯利亞分院托木斯克科學中心、托木斯克國立大學、俄科學院烏拉爾分院金屬物理研究所同哈爾濱工程大學的研究人員聯合開展關於太空腐蝕環境下航天器保護的研究項目。
日本：天文觀測成果豐碩，靜音飛機力圖超越
日本國立天文台和鹿兒島大學的研究小組對螺旋星系M77的中心核實施觀測，首次「看」到環繞超大黑洞的半徑約20光年的甜圈型旋轉氣體雲，並清晰地觀測到分子氣體以黑洞為中心旋轉。
日本國立天文台和東京大學的研究小組繪製了迄今為止範圍最廣、解析度最高的暗物質分布地圖。研究小組通過對地圖上黑暗物質的塊數分析，發現其無法用簡單的加速膨脹空間模型來解釋，宇宙空間膨脹速度超出預期。
日本構築產學官一體化研發體制，開發靜音型超音速飛機，提出了低音爆、低起降雜訊、低阻力和輕量化這4個技術開發目標，並正在推進系統設計，制定了超越歐美的技術驗證計劃，提高基礎技術研究水平，推進相關設計。
烏克蘭：國際項目參與活躍，航天發展計劃獲批
根據烏克蘭國家航天局發布的信息，2018年烏克蘭航天科研企業共參與了4次國際航天發射項目。兩次是5月和11月由美國國家航空航天局發射的「心宿二」運載火箭項目，烏克蘭多家航天企業參與了該運載火箭第一級的研製，烏方專家參加了整個發射項目的測試和調試。另外兩次是歐洲空間局8月和11月在法屬蓋亞那庫魯發射場進行的「織女星」運載火箭發射項目，該運載火箭第四級所使用的RD-843發動機由烏克蘭南方設計局和南方機械廠所研製。
烏克蘭政府內閣於2018年9月批准了2018年—2022年烏克蘭國家空間科學和技術計劃，目的是提高地球遙感、衛星數字通信、數字衛星廣播，衛星導航支持系統等空間技術應用潛力，解決社會經濟、環境、文化，以及信息等領域的迫切性問題，推動科學和教育的發展，確保烏克蘭在國家安全和國防領域的利益。
以色列：天文研究成果顯著，意欲加盟歐洲航天
以色列特拉維夫大學天體物理學家捕捉到早期宇宙中正常物質與暗物質相互作用的無線電信號，揭示了宇宙中暗物質存在的第一個直接證據。此外，以科學家領導的研究小組藉助美國國家航空航天局「朱諾」號探測器獲取的數據發現，木星的大氣層厚度約為3000千米，著名的木星條紋是綿延數千公里的雲帶。
以色列正與歐洲空間局進行商討，以便以色列以「特殊安排」的方式加入該組織。如果獲得通過，那麼以色列也有望成為繼加拿大後第二個加入歐空局的非歐洲國家。
德國：太空製造第五態物質，金屬玻璃服務空天
德國科學家在探測火箭任務MAIUS-1（微重力下的物質波干涉測量）中創造了人類第一個自由落體天基玻色—愛因斯坦凝聚，從而在太空中首次創造了「物質的第五態」。這項實驗將會促進天基引力波探測器的發展，並且有望為量子氣體實驗開闢一個新時代。
德國薩爾州大學的研究人員開發出了一種新的所謂非晶態金屬鈦硫合金，這種合金也被稱為金屬玻璃，與鈦合金相比，其來源更豐富、強度更高，特別適合作為航空航天的輕質部件。
韓國：運載火箭取得突破，同步衛星研發成功
韓國自主研發了75噸級別的宇宙飛船驗證發射火箭「Nuri號」，之前已進行了91次引擎點火試驗，累計點火時間達到了7291.4秒；研發成功地球同步氣象觀測衛星2A號和環境監測衛星2B號「雙胞胎」同步衛星。
「朱諾號」與木星。圖片來源：NASA官網
能源環保
美國：新能源成果突出，生態安全備受重視
2018年，美政府在大力推動傳統能源產業發展的同時，持續加大對太陽能、核能、地熱能、生物能等新能源領域的研發投入。
眾多新能源領域中，新型電池研發成果引人注目。750次充電/放電循環後仍能正常工作的新型鋰空氣電池、容量大且壽命長的可充電水基鋅電池、靠細菌發電的低成本紙基生物電池等成為電池中的新星。而在提高現有電池性能方面，科學家也取得不少成果。他們將有機太陽能電池的光電轉化效率提高至15%，將鋰離子電池的容量提高了40%。布朗大學開發的新型燃料電池反應合金催化劑，在活性和耐久性方面更是超過了能源部2020年車用電催化劑技術指標。
在維護生態環境安全方面，儘管政府最新氣候評估報告稱，氣候變化將給美國帶來多重傷害，但並沒有說服特朗普總統。科學家依然不遺餘力遊說，不僅發文稱美墨邊境牆會嚴重危害地區生物多樣性，還對歐洲將木材作為低碳燃料的政策提出質疑。在具體研究方面，甲烷溫室效應的證實、金屬鉍「催化可塑性」的發現、可再生可降解乳蛋白包裝材料的開發等成果，都成為保護全球生態環境安全的助推劑。
日本：鋰電池負極大容量化，制氫系統投建
大容量不劣化的鋰電負極研發成功。日本產業技術綜合研究所新開發出了一種鋰離子電池使用的負極，容量約為目前主流的石墨負極（372mAh/g）的5倍，與一氧化硅的理論容量基本一致。新開發的電極在反覆充放電200多次後，容量依然沒有變化，確認具備大容量、長壽命的特性。利用此次開發的電極有望提高負極的能量密度，推動鋰離子二次電池實現大容量化和小型化。
世界最大規模利用可再生能源的制氫系統在福島投建。2018年8月，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）、東芝能源系統、東北電力及岩谷產業合作，開始在福島縣浪江町建設利用可再生能源制氫的氫能源系統「福島氫能源研究站」，系統裝置具備世界最大規模的1萬千瓦制氫能力。利用該系統製造的氫預定用於燃料電池發電用途及燃料電池車和燃料電池巴士等交通用途，或者作為工廠的燃料使用。
氫燃料發動機實現大功率、高熱效率、低排放。產綜研與日本岡山大學、東京都市大學、早稻田大學組成的研究小組，在小型發動機的基礎實驗中，利用氫燃料優異的燃燒特性確立了新的燃燒方式，開發出全球首款能實現高熱效率和低氮氧化物（NOx）的火花點火氫燃料發動機。
東海核燃料再處理設施報廢計劃獲批。日本「原子力規制委員會」2018年6月批准了由日本原子力研究開發機構提交的東海核燃料再處理設施報廢計劃，耗資1萬億日元，報廢時長預計將持續70年。
俄羅斯：大氣治理取得進展，核廢料和水處理有新法
大氣污染防治方面，俄羅斯國立秋明大學的科研人員研發出液滴懸浮約束方法，並可進行定量液滴有序成團，此項工作可用於大氣中污染物擴散機理的研究，制定生態災難預防性措施；托木斯克理工大學研究人員使用含有3%—10%有機雜質的工業用水和廢水，獲取了燃料氣溶膠，這種氣溶膠可用於快速點燃火力發電廠和鍋爐房的鍋爐，還可用於柴油發電機燃燒室以及汽車內燃機。
核廢料處理方面，俄科學院遠東分院化學研究所聯合俄遠東聯邦大學，正在研製新型納米結構吸附反應劑，該吸附劑可用於凈化俄遠東紅星造船廠內的放射性液體廢物；俄西伯利亞聯邦大學的科學家採用空化技術，讓位於乏核燃料儲罐底部密實的不溶性沉積層不斷受到空化—活化水酸性溶液侵蝕而被破壞，新技術將溶解速率和沉積物回收量提高至原來的1.5倍，製備出的含放射性化學廢物的水泥混合物強度是常規方法的2—3倍。
水處理方面，俄聖彼得堡理工大學的科學家使用高鐵酸鈉替代傳統的氯氣對自來水進行消毒，新試劑用量小，不會形成毒性分解物，還能將一些危險化學品分解成低毒化合物，同時殺死水中微生物；俄托木斯克工業大學能源工程學院研發出液滴爆炸粉碎式污水處理方法，可高效去除污水中的化學侵蝕性、毒性及燃料雜質，具有高效、低能耗的特點，適用於化工、石化、冶金、紙漿造紙等行業的污水處理。
德國：致力解決氣候和霧霾問題，開發儲存製取氫的新工藝
2018年德國大規模啟動了碳轉化學項目以解決氣候和霧霾問題，這個由贏創公司和西門子合作的項目，擬利用人工光合作用，將二氧化碳和水轉化為有用化學物質。按照計劃，到2021年將在魯爾區的馬爾化學工業園建成一個巨大的化學試驗裝置，預計每年可利用二氧化碳生產20000噸有用的化學品和燃料。該項目最終獲益的不僅是鋼鐵行業，還有化學和能源等行業。
德國尤利希研究中心和埃朗根—紐倫堡大學的研究人員合作，開發出了利用有機載體液和特殊催化劑，儲存和製取氫燃料的新工藝，可使原先裝卸氫燃料所需的兩個裝置簡化成一個裝置。這一新工藝將來應用於工業化儲氫和生產，將大大降低成本和能源消耗，對能源轉型具有重要意義。
不萊梅大學庫爾策教授領導的研究小組找到了一種解決地下水硝酸鹽污染的新方法，發現一種合成的多金屬氧酸鹽對於減少硝酸鹽水污染有特殊作用，這種納米結構物質在水中對硝酸鹽還原起電催化效果。
韓國：建成應對核泄露系統，提高鋰電池性能
2018年，韓國建成了迅速應對核泄露的「核輻射狀況信息共享系統」，在核能設施周邊29個地點探測放射能量泄露數據並迅速應對。
韓國大學成功開發出一種利用太陽光譜中紅光捕捉二氧化碳的技術，能夠將二氧化碳轉換成一氧化碳中間物質，從而生產燃料；此外，韓國還研發出了符合更高環保要求的氫氣製備技術。
韓國使用富鋰錳氧化物開發了一種兼具高電壓、高容量的黏合劑陽極材料，可大幅提高鋰二次電池的能量密度；同時，充電速度為現有鋰電池5倍、採用石墨烯球正極保護膜和負極材料的鋰二次電池也在韓國研發成功。
以色列：注重氫燃料電池研發，助力新能源汽車發展
在第6屆國際智能機動峰會上，以色列公司展示出水基氫燃料溶液，利用公司的專利催化劑，可以快速從溶液中獲取氫氣，供給氫燃料電池產生電能。該溶液具有無毒、化學性質穩定的特點，同時儲能密度高，且便於運輸和存儲。
以色列研究人員還發現在太陽能的作用下，過氧化氫在氧化鐵構成的光電極上產生光化學分離的化學機理。該發現有望將水廉價且高效地轉化為清潔的氫燃料，促進氫燃料電池驅動的汽車大規模發展。
烏克蘭：建立環境研究中心，監測研究自然生態
2018年9月，烏克蘭教科部、環境部、國立喀爾巴阡大學，以及喀爾巴阡山國家公園聯合建立了喀爾巴阡環境研究中心。喀爾巴阡山是橫跨中東歐多個國家的歐洲第二長山脈，目前存在著諸如地表水體污染、工業和生活垃圾污染等環境問題，以及自然生態系統退化、生物多樣性喪失、洪水和山體滑坡威脅增大的趨勢。該研究中心建立後，通過監測和研究將為解決上述問題提供科學依據和解決方案。
作者丨科技日報
轉自丨中國科技網
國際技術經濟研究所（IITE）成立於1985年11月，是隸屬於國務院發展研究中心的非營利性研究機構，主要職能是研究我國經濟、科技社會發展中的重大政策性、戰略性、前瞻性問題，跟蹤和分析世界科技、經濟發展態勢，為中央和有關部委提供決策諮詢服務。
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