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【学术前沿动态】2020重大科学问题和研究前沿
发布时间:2021-01-05 14:48  作者:  来源:发展规划与学科建设办公室  阅读:

信息整理:发展规划与学科建设办公室

编者按:2020年是世界百年未有之大变局历史进程中重要的时间节点,新一轮科技革命和产业变革带来的激烈竞争前所未有,科技跨界融合、质变突破、叠加飞跃势头迅猛。“双一流”建设进入首轮建设收官之年,新一轮“双一流”建设和“十四五”规划亟待谋篇布局。本报告整理了2020年以来国内外部分高校在学科前沿的最新布局和科技突破,研究机构、学者专家提出的前沿科学技术问题,旨在为学校“双一流”建设和一流学科发展提供参考。

一.中国科协发布2020重大科学问题和工程技术难题

8月15日,中国科协在第二十二届中国科协年会闭幕式上发布了10个对科学发展具有导向作用的科学问题和10个对技术和产业具有关键作用的工程难题。

10个前沿科学问题为:

冠状病毒跨种传播的生态学机制是什么?

引力波将如何揭示宇宙奥秘?

地球物质是如何演化与循环的?

第五代核能系统会是什么样子?

特种能场辅助制造的科学原理是什么?

数字交通基础设施如何推动自动驾驶与车路协同发展?

调节人体免疫功能的中医药机制是什么?

植物无融合生殖的生物学基础是什么?

如何优化变化环境下我国水资源承载力,实现健康的区域水平衡状态?

如何建立虚拟孪生理论和技术基础并开展示范应用?


10个工程技术难题为:

如何开发新型免疫细胞在肿瘤治疗中的新途径与新技术?

水平起降组合动力运载器一体化设计为何成为空天技术新焦点?

如何实现农业重大入侵生物的前瞻性风险预警和实时控制?

信息化条件下国家关键基础设施如何防范重大电磁威胁?

硅光技术能否促成光电子和微电子的融合?

如何解决集成电路制造工艺中缺陷在线检测难题?

无人车如何实现在卫星不可用条件下的高精度智能导航?

如何在可再生能源规模化电解水制氢生产中实现“大规模”“低能耗”“高稳定性”三者的统一?

如何突破进藏高速公路智能建造及工程健康保障技术?

如何突破光刻技术难题?

(来源:经济日报)

二.《2020研究前沿》报告发布

11月13日,中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心与科睿唯安联合向全球发布了《2020研究前沿》报告。报告基于2014年~2019年的论文数据,遴选展示了11个高度聚合的大学科领域中,较为活跃或发展迅速的110个热点前沿和38个新兴前沿,较为客观地反映了相关学科的发展趋势。

1.农业科学、植物学和动物学

Top10热点前沿主要分布在食品科学与工程、动物传染病、植物生理、作物科学、药用植物、动物营养六个子领域。其中,食品科学与工程热点前沿数量最多,有3个,分别是粮食加工方法、果蔬干燥加工和食品智能包装研究。

2. 生态与环境科学

Top10热点前沿主要分布在生态科学、环境科学两个子领域。生态科学子领域热点前沿涉及物种入侵、森林生态及生态模型方向;环境科学子领域热点前沿涉及污水处理的原理和技术、大气污染、环境污染物的环境特征与风险研究。

3. 地球科学

Top10热点前沿主要分布在地质学、海洋科学、气候变化三个子领域。其中,7个Top10热点前沿属于地质学相关研究,包括流体注入引发的地震活动研究、利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究等。该领域中,“印度尼西亚火山喷发预测模型研究”为新兴前沿。

4. 临床医学

Top10热点前沿主要分布在肿瘤免疫与靶向治疗、新型靶向药物治疗常见慢性病、神经退行性疾病早期诊断、医学人工智能、生物类似药规范使用、器官移植等领域。该领域中,共有14个新兴前沿,主要涉及肿瘤防治、肠道微生物与疾病关系、口服多肽药物治疗糖尿病、乙肝阳性供体器官移植管理四大领域。

5. 生物科学

Top10热点前沿主要分布在神经系统疾病、肠道微生物与人体疾病、耐药菌、抑郁症、肿瘤相关基础研究、蛋白质靶向降解、碳酸酐酶抑制剂等方向。该领域中,共有9个新兴前沿,主要研究主题包括神经系统疾病、肿瘤相关基础研究、肠道微生物、抑郁症、基因编辑技术等相关研究。

6. 化学与材料科学

Top10热点前沿主要分布在有机合成、光学材料、气体分离和纯化、储能材料、电池材料、二维材料等方向。该领域中,共有6个新兴前沿,主要涉及催化剂的制备和应用、电池、纳米生物材料、生物降解材料、化学工艺和废水处理等领域。

7. 物理学

Top10热点前沿主要分布在凝聚态物理、高能物理、量子物理、理论物理、光学等领域。该领域中,共有2个新兴前沿,一项聚焦理论物理研究,即“Gauss-Bonnet引力下的黑洞自发标量研究”,一项聚焦凝聚态物理研究,即“二维范德瓦尔斯异质结的莫尔超晶格研究”。

8. 天文学与天体物理学

Top10热点前沿主要围绕“一黑两暗三起源”重大科学问题展开。其中,4个热点前沿涉及引力波观测与理论研究以及与之相关的黑洞和中子星性质研究。该领域中,“弦论‘沼泽地’猜想与宇宙学”为新兴前沿。

9. 数学

Top10热点前沿主要分布在样本均数最优估计方法、神经网络中的奇异态研究、偏微分方程性质及求解研究、多层贝叶斯建模、高维模型性质及应用研究、概率布尔网络的优化控制研究、变分不等式问题、不动点问题的迭代算法等领域。

10. 信息科学

Top10热点前沿主要分布在深度学习和强化学习、移动边缘计算、无人机通信、图像处理、长距离连续变量量子密钥分配等方向。

11. 经济学、心理学及其他社会科学

Top10热点前沿中,有4个热点前沿与数字经济和智能化社会相关,有3个热点前沿与资源和环境问题相关,有1个热点前沿与心理学问题相关。该领域中,共有3个新兴前沿,分别为“区域可再生能源与经济发展”、“养育方式和短期/长期社会化结果”和“人工智能对区块链智慧合约的推动在供应链管理和智慧城市中的应用”。(来源:科学网微信公众号)

三.Science公布:全世界最前沿的125个科学问题

在庆祝Science创刊125周年之际,Science公布了125个最具挑战性的科学问题。了解前沿科学研究方向,对你的成长或许有所帮助。简单归纳统计这125个问题,其中涉及生命科学的问题占46%,关系宇宙和地球的问题占16%,与物质科学相关的问题占14%以上,认知科学问题占9%。其余问题分别涉及数学与计算机科学、政治与经济、能源、环境和人口等。在今后1/4个世纪的时间里,人们将致力于研究解决这些问题。其中,前25个被认为是最重要的问题,内容如下:

1. 宇宙由什么构成?

2. 意识的生物学基础是什么?

3. 为什么人类基因会如此之少?

4. 遗传变异与人类健康的相关程度如何?

5. 物理定律能否统一?

6. 人类寿命到底可以延长多久?

7. 是什么控制着器官再生?

8. 皮肤细胞如何成为神经细胞?

9. 单个体细胞怎样成为整株植物?

10. 地球内部如何运行?

11. 地球人类在宇宙中是否独一无二?

12. 地球生命在何处产生、如何产生?

13. 什么决定了物种的多样性?

14. 什么基因的改变造就了独特的人类?

15. 记忆如何存储和恢复?

16. 人类合作行为如何发展?

17. 怎样从海量生物数据中产生大的可视图片?

18. 化学自组织的发展程度如何?

19. 什么是传统计算的极限?

20. 我们能否有选择地切断某些免疫反应?

21. 量子不确定性和非局部性背后是否有更深刻的原理?

22. 能否研制出有效的HIV疫苗?

23. 温室效应会使地球温度达到多高?

24. 什么时间用什么能源可以替代石油?

25. 地球到底能负担多少人口?

四. 2020年度人类社会发展十大科学问题发布

11月9日第二届世界科技与发展论坛闭幕式上,中国工程院院士周济和《柳叶刀》主编理查德·霍顿共同发布了“2020年度人类社会发展十大科学问题”。本次发布的十个问题以联合国《变革我们的世界:2030年可持续发展议程》提出的17个发展目标为基础,内容涉及卫生、安全、资源三大领域:

1. 人类行为引起的生态环境变化对传染病大流行的影响机制是什么?

2. 抑制超级传染性和高危害性病毒如SARS-CoV-2的机理是什么?

3. 未来新技术有效保障人类卫生和健康的范式是什么?

4. 重大疾病高效、准确早期诊断和筛查的机制是什么?

5. 采用哪些科技手段能有效保证食品更健康、更安全?

6. 怎样使人类社会更具备抵御不安全因素的能力?

7. 如何提高农作物产量和良种覆盖率以促进粮食安全?

8. 自然资源总量快速减少应对响应机制有哪些?

9. 哪些技术和材料能够更高效地存储和转化清洁能源?

10. 采用哪些新技术能够大幅提升太阳能资源的高效利用?

(来源:中国科学报)

五.中国台湾工业技术研究院发布《2030年亚洲先进技术》报告

4月24日消息,中国台湾工业技术研究院发布《2030年亚洲先进技术》(2030 Advanced Technology from an Asian Perspective)报告。报告对亚洲主要国家到2030年的市场前景和政策计划进行了评估,并列出了到2030年将影响亚洲地区的10项最关键的先进技术、人工智能、6G、自动驾驶汽车、工业机器人、服务机器人、区块链、新能源运载工具、可再生和可生物降解塑料、固态电池、纳米材料。(来源:IEEE电气电子工程师学会)

(整理:吕思思、周卉 审核:巫世晶、王蔡华)

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