2022全球前沿科技热点研究-2022.11-110页.pdf

2022 全球前沿科技热点研究 Frontier Science and Technologies in Focus 2022 国际大都市科技创新评价中心 上海市前沿技术发展研究中心 上海科学技术情报研究所 科睿唯安 2022 年 11 月 1 I 编委会成员 陈 超 杨 荣 斌 林 鹤 陈 晖 曹磊 顾 震 宇 宁笔 瞿 丽 曼 钟婷 项目组成员 策 划 指 导：杨荣斌 课 题 组 长：陈 晖 小 组 组 长：党倩娜 王德生 杜 渐 温一村 小 组 成 员：朱荪远 薛 亮 盛 阳 报 告 撰 写：（按姓名笔划顺序排列）于雪晴 王德生 邓 桦 朱荪远 任晓波 杜 渐 杨四娟 宋 凯 宋 鸿 张 耘 陈 晖 姚恒美 徐岑筱 徐星颖 崔晓文 温一村 研 究 单 位：上海科学技术情报研究所 II I 目录 第部分：前沿科技热点研究综述.1 1.研究的框架、方法与数据.1 2.前沿科技热点研究结论概述.4 第部分：前沿科技热点解读.7 信息技术领域.7 1.量子互联网（Quantum Internet）.7 2.三维异质集成（3D Heterogeneous Integration，3DHI）.15 3.生成式 AI（Generetive AI）.20 4.元宇宙（Metaverse）.24 5.Web3.0（Web3.0）.31 生命与健康领域.37 6.AI 分子发现与合成（Synthesis of Molecules Aided by AI）.37 7.生物铸造厂（Biofoundry）.42 8.光免疫疗法（Photoimmunotherapy）.46 9.环状 RNA（circRNA）.48 材料领域.53 10.石墨炔（Graphdiyne or Graph-n-yne）.53 11.闭环塑料（Closed-loop Plastic）.59 II 12.储能纤维（Energy-storage Fibers）.63 能源领域.67 13.高效钙钛矿太阳能电池（Highly Efficient Perovskite Solar-cell）.67 14.虚拟电厂（Virtual Power Plant，VPP）.70 15.绿色制氨（Green Ammonia Production）.74 空间及交通运输领域.79 16.卫星通信（Satellite Communication,SatCom）.79 气候、生态与环境领域.85 17.零碳排放（Net Zero CO2 Emission）.85 18.微塑料处理（Microplastics Treatment）.88 先进制造及其他领域.91 19.软件定义汽车的制造（SDV and its Manufacturing）.91 20.柔性感知机器人（Flexible Sensing Robot）.95 1 第部分：前沿科技热点研究综述 上海图书馆（上海科学技术情报研究所）长期跟踪新兴前沿科技发展，本报告是此类项目的第五轮研究，旨在综合应用多种情报分析方法，系统、客观地揭示当前全球前沿科技发展的热点。1.研究的框架、方法与数据 基本框架 本项研究综合应用科技情报研究的方法和工具，从定性分析和定量分析的角度，相互印证，相互补充，考察国际前沿科技热点所在，并确保其客观性和时效性。首先，分析世界主要国家或地区在科技研发战略或计划方面的权威文本。在当今世界科技研发领域是存在领头羊效应的，无论从科技研发的投入规模还是最终研发取得的成果来看，欧美日以及部分新兴经济体的科技发展战略都应该得到重点关注。其次，分析主流咨询机构涉及前沿科技的相关报告。资本对于前沿技术研发是非常敏感的，很多有影响力的咨询机构长期关注新兴技术及其商业模式的创新，对于技术的产业化发展前景具有较好的洞察力。三是利用专利分析工具对专利数据库进行分析，确定相关领域的前沿技术 2 方向与热点。四是利用科睿唯安（Clarivate Analytics）的 Essential Science Indicators（ESI）数据库进行学术论文的聚类分析，由此识别当今学术领域的前沿热点。五是考虑到互联网科技媒体主要包括互联网上的权威科技期刊、综合性科技网站及其社交网络等媒体的新闻报道、评论和观点文章经过同行评审与解读，具有较高专业学术价值和新颖性，更能代表新兴技术和最新研究突破，可以运用大数据分析技术，聚焦互联网科技媒体，依托网络丰富的信息数据资源构建专题研究语料库，对前沿科技热点进行识别与跟踪。研究基本的框架如图-1所示。图-1 本项研究的基本框架 资料来源：上海科学技术情报研究所（ISTIS）编制 方法及数据来源 本轮研究五方面所涉及的研究方法和数据来源均有所不相同，简述如下。（1）对主要国家或地区科技发展战略的分析 这一部分主要采用文本分析，主要对重点国家和地区美国、欧盟、英国、德国、日本、韩国的科技战略预算文件或年度工作计划，针对其规划或资助的最新战略前沿技术进行梳理和总结。对这些战略或规划文献，其选择原则主要是：一是政府关于科技方面的权威战略文件或计划；二是年度连续出版报告，便于持续跟踪；三是资料可获得性强。本轮研究所涉报告 18 份。3（2）主流咨询机构相关报告的分析 主要选择全球有影响力的 8 家主流咨询机构，这些咨询机构一般都按一定的时间周期发布同一主题的报告。8 家机构分别是：高德纳咨询公司（Gartner）、麻省理工学院（MIT）、世界经济论坛（World Economic Forum）、国际商业机器公司（IBM）、CB insight、阿里巴巴达摩院、德勤（Deloitte）和埃森哲（Accenture）。本轮研究所涉报告 8 份。（3）技术专利文献分析 采用 Dialog Innography 专利数据库，数据库选取主要基于以下两点考虑：一是利用该平台专利强度指标体系，筛选重要专利；二是利用该平台 PatentScape专利分析功能，进行聚类分析及主题词词频统计。在 Dialog Innography 专利数据库中，通过 IPC 分类号对 IPC 分类的 8 个部（A 部-G 部）进行检索，将检索结果根据 EPO 同族专利去重，并限制检索结果为 PCT 专利申请，限制专利公开日为 2021.01.012022.06.20，限制检索结果的专利强度在6-10（部分专利部，由于最终结果较少，对专利强度指标放宽至3-10），得到最终的专利分析样本。以 IPC 分类的 A 部为例，检索式为(meta IPC_A)AND(datepublished from 01/01/2021 to 06/20/2022)。对检索所得专利样本进行 PatentScape 专利分析，对主题词进行词频排序，将高词频主题词进行人工分析解读，最终确定相关领域的前沿技术方向。（4）学术论文的聚类分析 科睿唯安公司基于所收录的全球 11000 多种学术期刊的 1000 多万条文献记录而建立了一个庞大的计量分析数据库，按照其划分的 22 个专业领域，按被引频次的高低确定出衡量研究绩效的阈值，给出居世界前 1%的研究论文排名ESI 高被引论文，是衡量高水平研究的重要数据来源。在实际操作过程中，利用科睿唯安 Essential Science Indicators（ESI）数据库中涉及自然科学的 19 个学科领域中 20202021 年发表的各研究方向的所有 ESI 高被引论文作为数据源，运用信息可视化软件 Cite Space 从这些论文的题目、文摘、关键词中提取相关名词短语，进行共词聚类分析，对得到的聚类核心文献进行手工梳理，由此得到各学科领域最新的热点研究领域。（5）基于互联网科技媒体语料库大数据分析 4 根据业界领导力（要考察科技媒体本身的专业性和权威性。另外，参考美国知名的科技新闻和博客聚合网站 Techmeme 发布的科技媒体领导者榜单Leader Boards）、内容原创性、网页结构可采集性、样本大小可处理性等原则，选择了 15 家提供英语文本的互联网科技媒体，利用网络爬虫软件对上述互联网科技媒体数据源进行语料采集。主要步骤为：制定抓取规则设置待抓网址调用规则采集待抓网址保存抓取结果。经过对原始语料库经处理分析后，从多个角度展开解读，识别当今前沿科技热点。2.前沿科技热点研究结论概述 在前述研究结果的基础上进行归并，首先确定当前全球科技发展中较为集中的领域，即：信息技术，生命与健康，材料，能源，空间及交通运输，气候、生态与环境，以及先进制造及其他等 7 个行业。其次，筛选 5 个方面交叉较多的科技领域，再逐项筛选其中的具体技术或科学热点；最后，参考各领域的科技情报专家以及部分领域的研发人员的意见。本轮研究最终确定的“2022 全球前沿科技热点”，列表如下（表-1）。表-1 2022 全球前沿科技热点 行业（项数）行业（项数）具体科技热点具体科技热点 信息技术（5）量子互联网（Quantum Internet）三维异质集成（3D Heterogeneous Integration,3DHI）生成式 AI（Generetive AI）元宇宙（Metaverse）Web 3.0（Web 3.0）生命与健康（4）AI 分子发现与合成（Synthesis of Molecules Aided by AI）生物铸造厂（Biofoundry）光免疫疗法（Photoimmunotherapy）环状 RNA（circRNA）材料（3）石墨炔（Graphdiyne or Graph-n-yne）闭环塑料（Closed-loop Plastic）储能纤维（Energy-storage Fibers）5 行业（项数）行业（项数）具体科技热点具体科技热点 能源（3）高效钙钛矿太阳能电池（Highly Efficient Perovskite Solar-cell）虚拟电厂（Virtual Power Plant,VPP）绿色制氨（Green Ammonia Production）空间及交通运输（1）卫星通信（Satellite Communication,SatCom）生态、气候与环境（2）零碳排放（Net Zero CO2 Emission）微塑料处理（Microplastics Treatment）先进制造及其他（2）软件定义汽车的制造（SDV and its Manufacturing）柔性感知机器人（Flexible Sensing Robot）资料来源：上海科学技术情报研究所（ISTIS）编制 据上述前沿科技热点，并结合此前的研究，对当今全球科技研发与创新的一些新动向、新特点概述如下。其一，基础科学理论研究为技术创新奠定更为坚实的基础。就量子互联网而言，要实现其完整的构建，依然面临着巨大的、多方面工程技术的挑战，但近年来相应的热点研究已经日渐夯实量子互联网的基础，我们迟早终会步入量子信息的超级高速公路。另外，尽管环状 RNA（circRNA）的发现已经过去很长时间，但是随着近期针对细胞器的一些更为深入的基础性研究，以及 RNA 在新药研发中的新突破，环状 RNA 重新进入研究者的视野，其特有的优点可以规避 mRNA 的不足，为新药研发带来新的想象空间。其二，由于诸多产业数字化转型，信息技术与其他产业技术的融合呈现快速发展的态势。如，生物铸造厂（Biofoundry）是信息技术与生命科学的融合的典型例子，虚拟电厂是数字技术在能源领域的融合应用，数字技术对其他产业的渗透、与其他产业技术的融合，为各种新兴技术创新带来了更多的可能。其三，智能化发展是科技创新的主场之一。作为集计算机科学、统计学、脑神经学、社会科学等学科之大成者的人工智能（AI），近年来在向多领域的应用拓展中不仅推动传统产业的智能化转型，也催生出很多新兴的产业领域，如随着各种机器学习算法的演进，生成式 AI 作为多领域数字化进程的底层技术，给无人驾驶汽车制造等行业带来更多创新的可能，“软件定义汽车的制造”也成就了众多“造车新势力”；创新药物研发方面，AI 分子发现与合成技术越来越成为