2022全球前沿科技热点研究

2022全球前沿科技热点研究 FrontierScienceandTechnologiesinFocus2022 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 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 目录 第Ⅰ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Ⅱ部分：前沿科技热点解读7 信息技术领域7 1.量子互联网（QuantumInternet）7 2.三维异质集成（3DHeterogeneousIntegration，3DHI）15 3.生成式AI（GeneretiveAI）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（SynthesisofMoleculesAidedbyAI）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（GraphdiyneorGraph-n-yne）53 11.闭环塑料（Closed-loopPlastic）59 12.储能纤维（Energy-storageFibers）63 能源领域67 13.高效钙钛矿太阳能电池（HighlyEfficientPerovskiteSolar-cell）67 14.虚拟电厂（VirtualPowerPlant，VPP）70 15.绿色制氨（GreenAmmoniaProduction）74 空间及交通运输领域79 16.卫星通信（SatelliteCommunication,SatCom）79 气候、生态与环境领域85 17.零碳排放（NetZeroCO2Emission）85 18.微塑料处理（MicroplasticsTreatment）88 先进制造及其他领域91 19.软件定义汽车的制造（SDVanditsManufacturing）91 20.柔性感知机器人（FlexibleSensingRobot）95 第Ⅰ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 方向与热点。 四是利用科睿唯安（ClarivateAnalytics）的EssentialScienceIndicators（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Ⅰ-1所示。 图Ⅰ-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。 （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（WorldEconomicForum）、国际商业机器公司（IBM）、CBinsight、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DialogInnography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DialogInnography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2021.01.01~2022.06.20，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(@metaIPC_A) AND(@datepublishedfrom01/01/2021to06/20/2022)。 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EssentialScienceIndicators（ESI）数据库中涉及自然科学的19个学科领域中2020~2021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CiteSpace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 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LeaderBoards）、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Ⅰ-1）。 表Ⅰ-12022全球前沿科技热点 行业（项数） 具体科技热点 信息技术（5） 量子互联网（QuantumInternet） 三维异质集成（3DHeterogeneousIntegration,3DHI） 生成式AI（GeneretiveAI） 元宇宙（Metaverse）Web3.0（Web3.0） 生命与健康（4） AI分子发现与合成（SynthesisofMoleculesAidedbyAI） 生物铸造厂（Biofoundry） 光免疫疗法（Photoimmunotherapy）环状RNA（circRNA） 材料（3） 石墨炔（GraphdiyneorGraph-n-yne） 闭环塑料（Closed-loopPlastic） 储能纤维（Energy-storageFibers） 行业（项数） 具体科技热点 能源（3） 高效钙钛矿太阳能电池（HighlyEfficientPerovskiteSolar-cell） 虚拟电厂（VirtualPowerPlant,VPP）绿色制氨（GreenAmmoniaProduction） 空间及交通运输（1） 卫星通信（SatelliteCommunication,SatCom） 生态、气候与环境（2） 零碳排放（NetZeroCO2Emission） 微塑料处理（MicroplasticsTreatment） 先进制造及其他（2） 软件定义汽车的制造（SDVanditsManufacturing）柔性感知机器人（FlexibleSensingRobot） 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一种更高效、更可靠的研发手段。 其四，尽管近年来许多新技术概念大量涌现，但究其内涵却是其来有自，科技创新迭代主要建立在稳定的科技进步之上。如Web3.0是基于区块链技术实现去中心化的新型互联网；元宇宙（Metaverse）是虚拟现实/增强现实/混合现实 （VR/AR/XR）技术的递进与扩展[1]。 其五，科技创新仍然