2022年的30個燒腦難題

文 / 本刊記者 段永利

6月27日，在第二十四屆中國科協年會閉幕式上，中國科協將遴選出的10個前沿科學問題、10個工程技術難題和10個產業技術問題進行公開發布，推動優化科技發展戰略布局，引領科技創新趨勢和科研攻關方向。

為充分動員廣大科技工作者和戰略科學家研判重大前沿科技問題，找準科技創新突破口，中國科協持續開展2022重大科學問題、工程技術難題和產業技術問題征集發布系列活動。此次活動共收到107家全國學會和學會聯合體、8家領軍企業、科研機構和企業科協，以及75個境外組織或專家共同推薦的649個問題難題。

在復選階段，112位院士專家從前沿性、引領性、創新性、戰略性等方面嚴格把關，遴選出60個問題難題進入終選，最終評選出30個重大問題難題。

對科學發展具有導向作用的 10 個前沿問題

1 如何早期診斷無癥狀期阿爾茨海默病？

全球疾病負擔數據顯示，預計到2050年，全球癡呆癥患者將達到1.5億人，阿爾茨海默病（AD）占全球癡呆癥病例的60%至70%，是21世紀的主要健康挑戰之一。這種病一般包含臨床前期（無癥狀期）、輕度認知功能障礙、癡呆期三個階段，導致此病的神經退行性病變是漸進的，通常在病癥出現前的10～15年，患者腦內就開始發生病理變化，此時為治療最佳時期，但那時患者幾乎覺察不到。因此，找到這一時期診斷的標志物并進行干預，是降低我國阿爾茨海默病發生的最根本方法，具有重要的社會和經濟效益。

2 如何實現可信可靠可解釋人工智能技術路線和方案？

人工智能的發展方向是可信賴性，包含安全、隱私和透明、可解釋等問題，其最核心的問題就是人工智能的可解釋性，它要求對人工智能系統的技術過程和相關的決策過程給出合理解釋，技術可解釋性要求人工智能做出的決策可以被理解和追溯。在對人類社會問題造成重大影響時，亟須人工智能系統的決策過程有合理可信可靠的解釋，以便提前預判與合法的控制，這是未來人工智能研究的一個十分重要的方向問題。

3 如何實現原子尺度精準制備和結構調控構建未來信息功能器件？

隨著未來信息器件向更小尺寸、更低功耗、更高性能的方向發展，在逼近“有限個原子”尺度時，量子效應凸顯，經典半導體物理不再適用。極限尺寸材料和器件的可控制備及物性調控都需要在新材料、新技術和新物理等方面展開前沿研究和相關知識儲備。研究基于原子尺度精準制備和結構調控的新原理和新材料、發展信息器件構筑及功能調控的新方法和新技術，將在低維材料和原子制造領域促進和加強我國的核心競爭力與國際話語權，可以為國家提供面向未來原子制造時代的人才儲備、技術支撐和科學研究基礎，搶占新一代制造領域的國際戰略高地。

4 新污染物治理面臨何種問題和挑戰？

隨著工業快速發展和各類化學品的大量生產使用，一些新污染物對公眾健康和生態環境的危害正逐步顯現。5月24日，國務院辦公廳印發《新污染物治理行動方案》，對新污染物治理工作進行了全面部署。因此，“十四五”期間對新污染物的治理已成為生態環境保護工作的重點，也是未來生態環境治理的重要內容。治理之所以難，難在新污染物具有風險比較隱蔽、環境持久性、危害比較嚴重、來源廣泛性、治理復雜的特點。

新污染物治理，如何發力？基于環境風險篩查和評估考量，新污染物治理應納入化學物質環境管理體系，遵循全生命周期環境風險管理基本理念，精準識別各類物質管控重點，充分結合經濟社會條件，將風險管理理念貫穿生態環境管理，在“篩、評、控”和“禁、減、治”上下功夫，逐步實現分類、分級、分階段、分區域的科學化、精準化、務實化治理。

5 如何實現自動、智能、精準的化學合成?

目前， 人工智能在推動合成化學的自動化與智能化等方面開始發揮重要作用。這一技術一旦實現并大規模應用，不僅將改變傳統實驗科學面貌，將研究人員從大量重復性工作中解放，大幅提高研發新型功能分子和材料的效率，而且將對相關產業產生顯著積極影響，但也可能給國家安全帶來新挑戰（合成化學武器）。

6 如何整合多組學對生物的復雜性狀進行研究？

該問題在農業產業上，可以解析重要的農藝性狀、經濟性狀形成的分子機制，從而指導相關的生物育種，助力國家種業發展；另一方面，通過多組學的分析，可以對動植物的生產性能精準評估，指導生產，促進農業產業的發展。

7 能否實現材料表面原子尺度可控去除？

微觀磨損不僅是微/納機電系統應用中的關鍵問題，而且是納米制造的共性基礎問題。當前微觀磨損研究注重材料磨損性能的表征，缺乏對原子級材料去除機理的深刻認識。

8 如何全方位精準評價城市綜合交通系統及基礎設施韌性？

城市綜合交通系統及基礎設施韌性是關系到城市整體發展效率和安全水平的科學問題，應提前謀劃，建立評價指標體系，實現全生命周期的精準量化評價，將有助于提升綜合交通應急保障技術水平，保障社會經濟快速穩定發展。

9 宇宙中的黑洞是如何形成和演化的？

黑洞是宇宙中最神秘的天體。隨著對恒星級黑洞、超大質量黑洞、中等質量黑洞觀測的日益豐富，傳統的黑洞形成和演化理論受到了挑戰。宇宙中的黑洞究竟是如何形成和演化的？探究這一問題有望孕育重大的科學機遇和突破。

10 制約海水提鈾的關鍵科學問題是什么？

非常規鈾資源中海水是重要和具應用前景的資源之一，但海水提鈾技術仍面臨著眾多挑戰，迫切需要研發新型高效提鈾材料，創新工藝方法，加速推動實現海水提鈾，為核能事業可持續發展提供充足核原料。

對工程技術創新具有關鍵作用的 10 個難題

1 如何突破我國深遠海養殖設施的關鍵技術？

突破深遠海養殖設施面臨的瓶頸問題，符合我國漁業發展重大需求。發展深遠海養殖對于拓展養殖海域，減輕環境壓力，加快推進水產養殖業綠色發展，促進產業轉型升級具有重要意義。

2 如何實現我國煤礦超大量三廢（固、液、氣）低成本地質封存及生態環境協同發展？

西北陜甘寧蒙疆地區是我國最重要的煤電化基地，礦山固廢、廢水、廢氣（二氧化碳）大量排放，但目前處理方式存在規模小、成本高、地面存放難等問題，亟須尋找新途徑（如深部咸水層、采空區等），實現礦山三廢的特大量、低成本地質封存與生態環境協同發展，同時可建立系統封存理論與耦合體系，有效降低三廢處理成本。

3 如何創建心源性休克的綜合救治體系？

心源性休克作為循環系統最嚴重的臨床綜合征之一，嚴重威脅國民健康，而且帶來巨大醫療負擔。創建心源性休克綜合救治體系，有助于優化心源性休克臨床診療路徑，制定心源性休克精準化治療策略，為我國心源性休克臨床指南奠定基礎。

4 如何實現全固態鋰金屬電池的工程化應用？

全固態鋰金屬電池的工程化應用屬于世界性難題，解決此問題意義重大。它不僅能夠極大地滿足人們對高能量密度、高安全性電化學儲能系統的需求，有效地推進我國低碳環保經濟發展模式，更可穩固我國在電化學儲能領域的領先地位，防范未來產業鏈風險。

5 如何實現高精密復雜硬曲面隨形電路？

復雜硬曲面隨形電路技術因為其前沿性和革命性而成為全球關注的焦點，由此催生的曲面電路必會引領電子、電氣、通信領域的顛覆式發展機遇，并進一步催生千億級“藍海”市場。

6 如何突破高原極復雜地質超長深埋隧道安全建造與性能保持技術難題？

該難題致力于構建強構造活動區隧道工程安全風險防控與結構性能保持的理論與技術體系。比如，川藏鐵路隧道密集，該難題的解決，對構建西藏地區完善的鐵路、公路網，推進藏區長足發展和長治久安具有重大意義。

7 如何解決高溫跨介質的熱/力/化學耦合建模與表征難題？

高溫跨介質熱/力/化學耦合問題是我國未來高速飛行器、深空探測器及先進動力系統等重要型號面臨的共性基礎性問題，該項研究有望在微觀作用機制及跨尺度的耦合行為的基礎理論和建模方面取得重大突破。

8 如何從低品位含氦天然氣中提取氦氣？

氦氣是重要戰略稀有氣體資源，也是嚴重的“卡脖子”氣體。我國氦氣藏品位低、提取困難，發展面向貧氦天然氣的低成本提氦技術對保障我國氦資源安全具有重要意義，其關鍵突破點是開發多級微孔高性能天然氣提氦離子膜材料。

9 如何利用遙感科技對地球健康開展有效診斷、識別與評估？

地球健康診斷、評估與識別是人類可持續發展和構建人類命運共同體的關鍵，需要進一步發揮遙感綜合、動態、快速、大范圍獲取數據等優勢，開展土地覆蓋調查、土地利用精細識別、農田作物品種分類與病蟲害監測、林地草地健康診斷；河道水體富營養化監測、湖泊水質污染研究；礦山生態恢復、森林采伐監測、草地退化監測；大城市溫室氣體排放監測、植被“碳匯”精準評估、中等城市土地利用變化檢測、集鎮聚落信息提取等各項“體檢”項目。

10 如何實現極大口徑星載天線在軌展開、組裝及建造？

該問題的解決不僅可以極大提升我國空間裝備能力，同時可以引領空間科學技術的跨越式發展。其重大突破點包括空間極大型天線機電熱綜合設計技術、航天器載荷平臺一體化技術、超柔性空間結構動力學分析與振動控制技術等。

對產業發展具有引領作用的 10 個問題

1 如何建立細胞和基因療法的臨床轉化治療體系？

惡性腫瘤診治是醫療領域的重大難題之一，細胞治療在多個領域表現出良好的前景。但因為細胞藥物制備及質控困難，大大降低了其臨床應用。細胞藥物的制備和質控如何去中心化和自動化、封閉化，將是整個產業發展的關鍵。

2 如何實現存算一體芯片工程化和產業化？

實現存算一體芯片突破，將極大推動工程化、產業化進程，提升產能規模，有效滿足各行業算力需求，助力數智化轉型和人工智能芯片自主可控，打造低碳高效綠能算力網絡。

3 碳中和背景下如何實現火電行業的低碳發展？

碳中和背景下，電力行業特別是燃煤、燃氣機組等火電行業的碳減排任務艱巨，研究火電行業在“碳捕集、利用與封存”技術支撐下的綠色發展，對我國未來的能源穩定、電力系統安全長效發展十分必要。

4 如何通過標準化設計，自動化生產，機器人施工和裝配式建造系統性解決建筑工業化和高能耗問題？

突破現有建筑業建造模式和能耗減量瓶頸，將為我國建筑業向工業化、低排放全面轉型奠定堅實的技術基礎，對我國建筑業發展具有重要的戰略意義。

5 如何發展自主可控的工業設計軟件？

我國是制造業大國，但在工業產品研發設計方面，嚴重依賴于國外工業設計軟件，缺少自主可控、性能優越的工業設計軟件。存在“卡脖子”風險，使我國的工業發展在研發設計環節即受制于人，在向制造強國、工業強國發展過程中面臨基礎性瓶頸。

6 如何利用多源數據實現農作物病蟲害精準預報？

該問題是限制傳統農業向現代化、智能化生產方式轉型升級的瓶頸，一旦突破將使我國農作物病蟲害防控做到有的放矢、變被動為主動，有效提高病蟲害防治效率和效果，節省人力物力、減少環境污染，帶來生產方式的革新。

7 如何采用非石油原料高效、安全地合成己二腈？

己二腈主要通過丁二烯氰化法合成，使用劇毒的氰化氫，并使用來自石油的丁二烯原料。我國的石油資源并不豐富，采用該技術合成己二腈，會受制于原油行情。以非石油原料合成己二腈，能夠突破資源限制，有重要的戰略意義。

8 小麥莖基腐病近年為什么會在我國小麥主產區暴發成災，如何進行科學有效地防控？

小麥為我國重要的糧食作物，在國家糧食安全中占有十分重要的地位。小麥莖基腐病目前已經成為我國小麥主產區生產上的重大問題，對小麥安全生產構成嚴重威脅。本問題解決后，將為我國小麥豐產穩產和國家糧食安全奠定堅實基礎，具有重大的經濟、社會效益。

9 如何研制大型可變速抽水蓄能機組？

基于我國能源發展戰略及電網發展戰略中對靈活調節電源的強烈需求，有必要快速突破“卡脖子”關鍵技術，推動可變速抽水蓄能機組國產化和示范推廣應用，降低可變速抽水蓄能機組造價。可變速抽水蓄能產品的工程應用，可以帶動相關產業升級，提高我國水電工程技術整體水平，優化國家能源結構，并實現能源綠色、安全、高質量發展。

10 如何突破滿足高端應用領域需求的高品質對位芳綸國產化卡脖子技術？

對位芳綸國產化技術的實現，對于引領材料工業升級換代，填補國內對位芳綸高端產品的空白，滿足國防軍工需要具有重要意義。