2022十大科技前沿趨勢(shì)

本刊編輯部

2021年，時(shí)代之變和世紀(jì)疫情相互疊加，世界進(jìn)入新的動(dòng)蕩變革期。新冠疫情持續(xù)在全球肆虐，全球累計(jì)確診新冠肺炎（COVID-19）病例超過(guò)2億例，累計(jì)死亡病例超過(guò)500萬(wàn)人。我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定恢復(fù)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和疫情防控保持全球領(lǐng)先地位，但人類戰(zhàn)勝大災(zāi)大疫離不開(kāi)科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，“最終戰(zhàn)勝疫情，關(guān)鍵要靠科技”，打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭(zhēng)、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)需要強(qiáng)大的科技支撐。

2022年，“奧密克戎”已擴(kuò)散至全球各地，給世界經(jīng)濟(jì)帶來(lái)嚴(yán)重沖擊，世界主要國(guó)家紛紛向科技索要“答案”，試圖實(shí)現(xiàn)科技“突圍”。只有瞄準(zhǔn)世界科技前沿，抓住大趨勢(shì)，才能下好“先手棋”，把握科技創(chuàng)新主動(dòng)權(quán)，搶占未來(lái)經(jīng)濟(jì)科技發(fā)展先機(jī)。基于此，《科技智囊》編輯部綜合國(guó)內(nèi)外研究成果，整理出2022年十大科技前沿趨勢(shì)。

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—虛實(shí)結(jié)合，融合多種技術(shù)的元宇宙—

2021年被稱為元宇宙元年。2021年初，Soul App在行業(yè)內(nèi)首次提出構(gòu)建“社交元宇宙”;3月，被稱為元宇宙第一股的羅布樂(lè)思（Roblox）正式在紐約證券交易所上市;8月，字節(jié)跳動(dòng)大手筆收購(gòu)VR創(chuàng)業(yè)公司Pico;10月，F(xiàn)acebook CEO宣布母公司更名為“Meta”，并將重心轉(zhuǎn)向“元宇宙”;11月，微軟CEO表示公司正在打造一個(gè)企業(yè)元宇宙。

元宇宙（Metaverse）的概念最早出現(xiàn)在1992年美國(guó)作家尼爾·斯蒂芬森的科幻小說(shuō)《雪崩》（Snow Crash）中。所以，現(xiàn)在出現(xiàn)的元宇宙不是一個(gè)新的概念，而是一個(gè)經(jīng)典概念的重生，是在擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)（XR）、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、數(shù)字孿生等新技術(shù)下的概念具化。元宇宙本身不是一種技術(shù)，而是一個(gè)理念和概念，它需要整合不同的新技術(shù)，如5G、6G、人工智能、大數(shù)據(jù)等，強(qiáng)調(diào)虛實(shí)相融。元宇宙本質(zhì)上是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的虛擬化、數(shù)字化過(guò)程，需要對(duì)內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)、用戶體驗(yàn)以及實(shí)體世界內(nèi)容等進(jìn)行大量改造。

2022年，元宇宙將借助擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VR和AR）提供沉浸式的體驗(yàn)，通過(guò)數(shù)字孿生，把現(xiàn)實(shí)世界鏡像到虛擬世界里，創(chuàng)造出一個(gè)平行于現(xiàn)實(shí)世界的虛擬數(shù)字世界，利用區(qū)塊鏈搭建虛擬世界的經(jīng)濟(jì)體系，使其與現(xiàn)實(shí)世界有著無(wú)限接近的體驗(yàn)。

2

—3D打印技術(shù)，助力骨骼移植—

3D打印技術(shù)，又稱“增材制造”，是一種融合了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過(guò)軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實(shí)體物品的制造技術(shù)。

自20世紀(jì)90年代中期誕生以來(lái)，3D打印技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，這為打印替代骨組織的“人工假體”帶來(lái)了可能。骨組織功能相對(duì)簡(jiǎn)單，主要是起支撐作用，是最容易被成功替代的人體組織。3D打印跟傳統(tǒng)的鍛造、鑄造相比，最大的優(yōu)勢(shì)是其由無(wú)數(shù)鈦合金金屬微粒熔融凝結(jié)而成，牢固又堅(jiān)韌，可以滿足骨頭的支撐功能。同時(shí)，它可以模擬松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)，在假體中做出各種微孔。2022年，3D打印技術(shù)將更多地應(yīng)用到定制骨骼，以后還可能出現(xiàn)3D打印的血管和心臟瓣膜。

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—量子計(jì)算將突破NISQ時(shí)代限制—

量子計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍很廣，市場(chǎng)前景非常光明。2021年10月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團(tuán)隊(duì)成功研制出66比特的可編程超導(dǎo)量子計(jì)算原型機(jī)“祖沖之2.0”，同時(shí)成功研制“九章二號(hào)”量子計(jì)算原型機(jī);IBM希望在2022年實(shí)現(xiàn)433量子比特，2023年達(dá)到1000比特。量子計(jì)算可能會(huì)比預(yù)期更快地成為一種商業(yè)現(xiàn)實(shí)。

量子計(jì)算將突破NISQ時(shí)代限制。NISQ（Noisy Intermediate Scale Quantum）是由美國(guó)理論物理學(xué)家John Preskill在2017年提出的。NISQ表示的是中等規(guī)模帶噪聲量子器件。“中等規(guī)模”是指量子計(jì)算機(jī)量子比特?cái)?shù)的規(guī)模，它將在未來(lái)幾年內(nèi)從50到幾百個(gè)不等的規(guī)模發(fā)展變化。“噪聲”強(qiáng)調(diào)的是人類并不能完美控制這些量子比特，因?yàn)樗鼘?yán)重限制量子器件在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)可用的大規(guī)模量子比特的目標(biāo)。在NISQ時(shí)代，量子計(jì)算機(jī)面臨的挑戰(zhàn)之一就是在較高“噪音”的水平下運(yùn)行。

2022年，人類有望通過(guò)將量子計(jì)算機(jī)和經(jīng)典計(jì)算機(jī)相結(jié)合，采用一種量子—經(jīng)典混合算法——變分量子特征求解器，這有利于解決量子化學(xué)難題和執(zhí)行數(shù)據(jù)分類任務(wù)。利用基于測(cè)量的量子處理器、引入量子傳感器、使用量子假設(shè)檢驗(yàn)3種不同的方式提升分類的準(zhǔn)確性、增強(qiáng)算法的魯棒性，探索可靠的量子機(jī)器學(xué)習(xí)。

4

—站在風(fēng)口的虛擬數(shù)字人—

根據(jù)《虛擬數(shù)字人深度產(chǎn)業(yè)報(bào)告》，虛擬數(shù)字人指由計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖形渲染、動(dòng)作捕捉、深度學(xué)習(xí)、語(yǔ)音合成等計(jì)算機(jī)手段創(chuàng)造及使用，并具有多重人類特征（外貌特征、人類表演能力、人類交互能力等）的綜合產(chǎn)物。虛擬數(shù)字人目前在各行業(yè)應(yīng)用廣泛，在教育行業(yè)，使用虛擬數(shù)字人技術(shù)錄制課程;在廣電行業(yè)，使用虛擬數(shù)字人技術(shù)進(jìn)行一些主持工作;在醫(yī)療領(lǐng)域，使用虛擬數(shù)字人進(jìn)行導(dǎo)醫(yī)服務(wù);在游戲行業(yè)，根據(jù)個(gè)人的語(yǔ)言習(xí)慣、操作規(guī)則、審美偏好等，定制智能虛擬主播等。

中國(guó)虛擬網(wǎng)紅行業(yè)發(fā)展火爆，B站上每個(gè)月都有約4000多個(gè)虛擬主播開(kāi)播。通過(guò)構(gòu)建虛擬員工、虛擬主持人等角色，可以提供7×24小時(shí)的服務(wù)，減輕人工重復(fù)錄制視頻的工作，提高營(yíng)業(yè)效率，大幅降低整體人力成本。根據(jù)《虛擬數(shù)字人深度產(chǎn)業(yè)報(bào)告》估計(jì)，到2030年我國(guó)虛擬數(shù)字人整體市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2700億元，迎來(lái)廣闊的應(yīng)用空間。該報(bào)告將虛擬數(shù)字人劃分為“身份型”和“服務(wù)型”兩類，前者的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)為1750億元，而后者的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)950億元。

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—腦機(jī)接口正走向現(xiàn)實(shí)—

腦機(jī)接口，常被簡(jiǎn)稱為BCI。它是指通過(guò)在人腦神經(jīng)與具有高生物相容性的外部設(shè)備間建立直接連接通路，實(shí)現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是實(shí)現(xiàn)用意念控制機(jī)器。該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)意味著，人與機(jī)器的主要交互方式，除了手工輸入，以及近幾年興起的人工智能語(yǔ)音交互之外，還可以直接通過(guò)大腦向機(jī)器發(fā)出指令。

2021年4月，馬斯克的公司Neuralink在猴子的大腦中植入了兩套微小的電極，使猴子能夠僅僅用意念就在一個(gè)乒乓球游戲中移動(dòng)屏幕上的球。Neuralink希望2022年在人類身上測(cè)試其設(shè)備，讓癱瘓人士能夠操作電腦;另一家公司Synchron已經(jīng)獲美國(guó)監(jiān)管機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)，開(kāi)始對(duì)一套類似的設(shè)備進(jìn)行人體試驗(yàn)。通過(guò)計(jì)算機(jī)接收信號(hào)，人腦可以直接表達(dá)想法或者控制其他設(shè)備，而不需要通過(guò)語(yǔ)言或肢體工作，不依賴于外周神經(jīng)和肌肉——用“意念”控制設(shè)備，解放四肢。2022年1月11日，成立數(shù)月的腦虎科技（NeuroXess）宣布完成9700萬(wàn)元的天使輪及Pre-A輪融資，這是目前國(guó)內(nèi)腦機(jī)接口領(lǐng)域最大規(guī)模的早期融資，主要投資機(jī)構(gòu)包括盛大、紅杉資本、涌鏵等。

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—“動(dòng)物基”的人造肉—

人造肉的技術(shù)路線主要可分為植物基和動(dòng)物基，前者是用大豆蛋白制成，技術(shù)成熟度高;后者是“培養(yǎng)肉”，從動(dòng)物體內(nèi)分離、提取出少量全能干細(xì)胞或成肌細(xì)胞，在營(yíng)養(yǎng)液中進(jìn)行培養(yǎng)，再進(jìn)行商品化加工處理。這種生產(chǎn)方式真正顛覆了畜牧業(yè)，但技術(shù)難度較高，一直以來(lái)成本居高不下。

近年來(lái)，隨著生物科技的發(fā)展，相關(guān)難題逐漸得到解決，如Beyond和Impossible Foods兩家公司生產(chǎn)的人造肉更像真肉，其產(chǎn)品中還添加了從大豆根部提取的血紅素，它含有豐富的鐵元素，可以使產(chǎn)品的口味和形態(tài)與真肉更加相似。此外，Impossible Foods還在一些產(chǎn)品中模擬了動(dòng)物肌肉中一些關(guān)鍵特征——脂肪、結(jié)締組織的。同時(shí)，從公開(kāi)數(shù)據(jù)來(lái)看，兩家公司基本將人造肉的成本控制在和真肉差不多的水平，而隨著供應(yīng)規(guī)模的擴(kuò)大，人造肉的成本將繼續(xù)下降。

動(dòng)物基人造肉更具顛覆性，應(yīng)用前景也更加廣泛，它可以生產(chǎn)很多不同品類，比如澳大利亞有公司在嘗試袋鼠肉，新加坡有公司在嘗試馬肉，同時(shí)有更多公司在嘗試海鮮/水產(chǎn)品類，因?yàn)楹ｕr比畜牧業(yè)更加落后，在很大程度上還依賴于遠(yuǎn)洋捕撈。

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—人工智能越來(lái)越重視具身智能—

具身智能一詞源于英文“embodied AI”，即具有身體的人工智能。智能體需要與真實(shí)世界進(jìn)行交互，不僅通過(guò)AI學(xué)習(xí)提取視覺(jué)上的高維特征認(rèn)識(shí)世界，而且通過(guò)“眼耳鼻舌身”主動(dòng)獲取物理世界的真實(shí)反饋，通過(guò)反饋進(jìn)一步讓智能體學(xué)習(xí)，并使其更“智能”，甚至實(shí)現(xiàn)自身“進(jìn)化”。

最新的人工智能研究發(fā)現(xiàn)，智能生物的智能化程度和它的身體結(jié)構(gòu)之間，存在很強(qiáng)的正相關(guān)性。在算力相同的情況下，具備形態(tài)智能優(yōu)勢(shì)的生物可以更快地獲得學(xué)習(xí)上的優(yōu)勢(shì)。因此，具身智能區(qū)別于傳統(tǒng)AI，具身智能將不僅具有淺層次的智能如行走、交談、感知，也將具有生物體高層次的智能如推理、演繹、下棋甚至進(jìn)化等，成為一個(gè)多模態(tài)的、具身的、主動(dòng)交互式的通用型人工智能體。

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—新能源技術(shù)——熱泵—

熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置。其可以將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源，是全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)。它不同于人們所熟悉的可以提高位能的機(jī)械設(shè)備——“泵”;熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過(guò)電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。熱泵技術(shù)在節(jié)能建筑中的應(yīng)用，不但能使居住環(huán)境更舒適、提高能源利用效率，而且可以促進(jìn)室內(nèi)空氣改善，有效避免溫室氣體排放，對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和有著重要的意義。

荷蘭制定了到2030年部署多達(dá)200萬(wàn)臺(tái)熱泵的計(jì)劃，并將從2024年起每年安裝 10 萬(wàn)臺(tái)熱泵。2020年，挪威通過(guò)ENOVA 計(jì)劃向2300多個(gè)家庭發(fā)放補(bǔ)貼，并重點(diǎn)關(guān)注增加用于區(qū)域供熱系統(tǒng)的高溫?zé)岜檬袌?chǎng)。國(guó)際能源署（IEA）發(fā)布的《2050年凈零排放：全球能源部門路線圖》提出，在“1.5℃”溫控目標(biāo)要求下，建議全球各國(guó)2025年不再新增石化燃料鍋爐的使用，并在2045年實(shí)現(xiàn)熱泵在全球采暖中的使用比例達(dá)到或超過(guò)50%。目前，制冷、照明和電器產(chǎn)品早已完成了全面的電氣化，采暖設(shè)備的脫碳化成為建筑節(jié)能的首要任務(wù)，空氣能熱泵供暖設(shè)備將迎來(lái)長(zhǎng)達(dá)30年的井噴期。2021年11月，IEA發(fā)布的年度旗艦報(bào)告《能效2021》提出，在2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的情景中，熱泵是實(shí)現(xiàn)空間供暖電氣化的關(guān)鍵技術(shù)。

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—打破時(shí)空界限的VR健身—

伴隨著VR設(shè)備持有量日趨增長(zhǎng)，VR+健身成為很多健身類企業(yè)瞄準(zhǔn)的新方向。虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）頭顯可以讓人們?cè)谕嬗螒虻倪^(guò)程中燃燒卡路里，他們可以擊打或劈開(kāi)撲面而來(lái)的各種形狀，或扭動(dòng)身子以躲避障礙物。同時(shí)，VR健身可以打破日常健身的單調(diào)和枯燥，使健身充滿樂(lè)趣，減少社交的恐懼。

運(yùn)動(dòng)科技是帶來(lái)健身新商業(yè)模式、快速提高健身人口滲透率和新的觸達(dá)健身用戶的新方式和新趨勢(shì)之一。VR健身將為行業(yè)帶來(lái)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，越來(lái)越多的工作室正在使用Oculus頭部顯示器來(lái)開(kāi)發(fā)VR健身應(yīng)用程序。2021年11月，Meta（前身為Facebook）宣布收購(gòu)VR內(nèi)容工作室“Within”。Within是一家VR內(nèi)容工作室，提供訂閱式VR健身應(yīng)用Supernatural。Meta希望借助自己的Oculus，不斷地構(gòu)建更多的應(yīng)用場(chǎng)景，借助虛擬現(xiàn)實(shí)以及健身效應(yīng)的構(gòu)建，幫助用戶實(shí)現(xiàn)另一種應(yīng)用場(chǎng)景的鋪設(shè)。

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—云網(wǎng)融合—

根據(jù)中國(guó)電信發(fā)布的《云網(wǎng)融合2030技術(shù)白皮書》，云網(wǎng)融合是通信技術(shù)和信息技術(shù)深度融合所帶來(lái)的信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革，在發(fā)展歷程上要經(jīng)過(guò)協(xié)同、融合和一體3個(gè)階段，最終使得傳統(tǒng)上相對(duì)獨(dú)立的云計(jì)算資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施融合形成一體化供給、一體化運(yùn)營(yíng)、一體化服務(wù)的體系。云網(wǎng)融合是新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革，其內(nèi)涵在于通過(guò)云網(wǎng)技術(shù)和生產(chǎn)組織方式的全面深入的融合與創(chuàng)新，運(yùn)營(yíng)商在業(yè)務(wù)形態(tài)、商業(yè)模式、運(yùn)維體系、服務(wù)模式、人員隊(duì)伍等多方面進(jìn)行調(diào)整，從傳統(tǒng)的通信服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型為智能化數(shù)字服務(wù)提供商，為社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)、安全的基石。

云網(wǎng)融合是一個(gè)長(zhǎng)期的、不斷演進(jìn)的過(guò)程。2022—2030年，以云網(wǎng)融合為核心的信息通信技術(shù)創(chuàng)新，將強(qiáng)有力地推動(dòng)未來(lái)信息基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)型。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的演進(jìn)，智慧城市、智能制造、智慧生活、AR/VR、自動(dòng)駕駛等新業(yè)務(wù)的發(fā)展，以內(nèi)生安全、云網(wǎng)切片、云網(wǎng)大腦等為代表的關(guān)鍵核心技術(shù)的自主掌控，將為云網(wǎng)融合目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)注入更加豐富的強(qiáng)大動(dòng)力。云網(wǎng)融合的發(fā)展和6G的發(fā)展在技術(shù)內(nèi)涵和時(shí)間進(jìn)程上也是相輔相成的。6G網(wǎng)絡(luò)的初步愿景是“泛在、智聯(lián)、數(shù)融、開(kāi)放、安全”，它以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以智能為核心，通過(guò)ICDT融合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能自治，提供全息通信、萬(wàn)網(wǎng)互聯(lián)、智能協(xié)作等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力。