來源：全球技術地圖

本文以智慧製造、新材料和資訊三大領域為例，深入淺出的探討了2017年以來世界前沿科技的發展脈絡，並對2018年可能的走勢進行了預測。

-智慧製造領域-

2017年態勢總結

多國推出新舉措，推動先進製造發展

美國成立白宮貿易和製造業政策辦公室，以維護美國工人和國內製造商利益促進經濟增長並增強美國製造業等。英國公佈“ Modern Industrial Strategy(現代工業策略)”，加大科技、研發方面投資力度，以復興工業生產。日本經濟產業省釋出《2017財年製造業白皮書》，詳述應對第四次工業革命的策略以及日本製造業改革的方向，以提升日本先進製造競爭力。

人工智慧技術呈爆發式發展

2017年成為全球人工智慧商業化、產品化運用的拐點。人工智慧技術催生出自動駕駛汽車、智慧醫療以及智慧晶片等應用。英偉達釋出全球首款人工智慧自動駕駛平臺“ Drive PX Pegasus”，旨在將全自動駕駛汽車儘早推向市場。美國麻省理工學院電腦科學與人工智慧實驗室( CSAIL)開發出人工智慧診斷系統，使乳腺癌早期診斷準確率提升至97%。我國華為公司釋出全球首款人工智慧手機晶片麒麟970( Kirin970)，搭配為人工智慧運算專門設計的NPU，支援語音識別、人臉識別、場景識別等多個人工智慧場景的處理。

機器人技術不斷創新，市場規模持續擴大

2017年，全球機器人基礎與前沿技術發展迅猛，主要圍繞人機協作、人工智慧和仿生結構3個重點展開。美國卡耐基梅隆大學開發出機器人觸覺系統“ Fingervision”，能使龐大機器人通過觸覺感知物品以控制握力，促進人機互動朝更安全的方向發展。美國麻省理工學院開發出機器人語音控制系統，能使機器人聽懂簡明直白的命令，甚至理解給出命令的語境。日本本田公司推出的人形救災機器人E2-DR能夠直立行走和攀爬，在災難救援領域具有很大應用潛力。

3D列印技術飛速發展，在各領域獲廣泛應用

3D列印技術在醫療、航空航天、軍事等領域應用顯著。加拿大薩斯喀徹溫大學開發出能修復心臟組織的生物3D列印貼片，能夠有效促進受損心臟組織的再生長。俄羅斯發射首顆3D列印航天探測器“ Tomsk TPU-120”衛星。NASA成功測試由金屬合金製成的3D列印火箭發動機點火器原型，有望使未來火箭發動機的成本降低三分之一，製造時間縮短50%。美國橡樹嶺國家實驗室與海軍顛覆性技術實驗室合作開發出首個3D列印的潛艇艇體，耗時不到4周，成本降低90%。

2018年趨勢展望

主要國家人工智慧戰略值得持續關注

法國經濟部與教研部發布了《法國人工智慧戰略》，提出50多項建議，涉及研發、技術培訓等領域，謀劃未來發展先機。日本文部科學省確定了“互動系統”戰略目標，強調以資訊科技為核心，整合認知科學、心理學、腦科學等學科，推動互動系統發展，以促進社會結構及人類行為的優化。英國發布了《在英國發展人工智慧》報告，對當前人工智慧的研究、市場和政策支援進行分析並提出發展人工智慧的建議。

無人駕駛汽車聯盟全面鋪開，競爭將更加激烈

英偉達將與德國郵政敦豪集團合作，於2018年大規模上路測試自動駕駛卡車。中國北汽集團與百度將在自動駕駛、車聯網、雲服務等領域達成戰略合作，開展“人工智慧十汽車”生態專案。美國通用公司與拼車公司Lyft合作，擬於2018年開始生產和部署數千輛無人駕駛電動汽車，並在曼哈頓街道上對其進行測試。

3D列印市場規模將持續擴大，繼續向高階工業領域拓展深化

美國通用公司推出世界上最大的鐳射金屬粉末3D印表機，能夠列印1立方米體積的金屬零件，可列印噴氣式發動機的結構部件和單通道飛機零部件，擬於2018年實現商業化。加拿大卡爾頓大學正在研發能夠自我複製的3D印表機，可利用月球上的材料列印自身元件，實現自產自組裝，有望助力月球探索。

智慧製造技術發展速度加快

日本電氣公司推出的機器視覺檢測系統可以逐一檢測生產線上的產品，降低人工成本並提高了產品合格率。瑞士ABB集團新款單臂協作機器人Yumi預計2018年上市，其承重、靈活度相較雙臂Yumi有較大提升。韓國LG電子將建立智慧工廠，將採用人工智慧技術，以實現從零部件採購、生產到質量檢查與產品運輸的全流程高效管理。

人工智慧應用將更加擴充套件深化

中國光大銀行與北京第四正規化科技有限公司成立“人工智慧實驗室”，將在2018年展開合作，推動人工智慧技術在金融領域更廣泛的應用。騰訊釋出AI產品騰訊覓影，結合人工智慧技術和大資料能力讓機器篩查和分析醫學影像以輔助醫生診斷。美國特斯拉公司宣佈將結合人工智慧技術為旗下無人駕駛汽車開發定製化硬體晶片，以提高計算能力與自動駕駛系統的可靠性。

-新材料領域-

2017年態勢總結

先進結構材料3D列印化程序加速

科技強國紛紛推進先進結構材料3D列印化程序。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室成功開發出可3D列印的航空級碳纖維複合材料，為未來3D列印碳纖維在航空領域廣泛應用奠定了基礎。西門子開發出可耐受1250℃高溫的3D列印金屬燃氣渦輪葉片，將葉片的研發時間縮短了近90%，極大降低了產品的開發成本。美國哈佛大學使用陶瓷泡沫墨水3D打印出輕質高強材料。美國加州大學科學家3D打印出高強度鋁合金，其強度與鍛造材料相當。

新能源材料不斷取得重大突破

全球環境問題日益突出，可替代傳統石化能源的新型材料更受關注，太陽能電池、儲氫與超導等技術不斷取得新進展。如美國能源部伯克利國家實驗室開發出“無序”結構的鋰電池陰極材料，結構穩定性和電池容量都有較大提升。美國德克薩斯大學奧斯汀分校開發出名為“交叉共晶合金”(IdEA)的新型陽極材料，可幫助縮小鋰電池體積或將電池容量提升兩倍。美國北卡羅萊納州立大學研製出硼摻雜碳基超導體材料，將超導臨界溫度由11開爾文提升至37-57開爾文。

疊子晶片材料成為研發熱點

隨著量子計算與量子通訊技術的飛速發展，量子晶片材料研究受到全球廣泛關注。中國科技大學與日本國立材料研究所合作開發出新型二硫化鉬二維材料半導體量子電晶體，為製備柔性量子晶片提供了新途徑。美國普渡大學、麻省理工學院和阿貢國家實驗室等科研機構合作研製出鎳酸釤“量子材料”，或可推動模仿人類大腦的新演算法研究。美國斯坦福大學研製出能在室溫下操作的量子晶片材料，包括一種量子點和兩種“色心”，使量子處理裝置向實際應用跨出一大步。

新型半導體材料和顯示材料繼續強勢發展

在顯示材料方面，德國弗勞恩霍夫研究所的科研人員開發出純石墨烯OLED電極的製備工藝，可用於製作新一代觸控式螢幕材料、太陽能電池板等高階產品。韓國LG和三星向德國OLED材料開發商 Cynara投資2500萬歐元，以支援其開發涵蓋全系列色彩的有機發光材料。美國伊利諾伊大學和陶氏電子材料公司開發出既能發光又能感光的新型多功能納米LED。在半導體材料方面，美國伊利諾伊大學成功在矽襯底上生成氮化鎵(GaN)高電子遷移率電晶體結構。美國萊斯大學研究人員通過氟改性，將二維六方氮化硼從絕緣體轉變為半導體材料。中科院物理研究所、半導體研究所與浙江大學等科研機構成功研製了滿足高壓碳化矽(SiC)電力電子器件製造所需的4-6英寸SiC單晶生長爐關鍵裝備。

2018年趨勢展望

先進資訊科技變革新材料開發過程

人工智慧技術對新材料開發的推動作用初步顯現，如美哈佛大學研究人員藉助機器學習演算法，利用“廢棄”資料成功預測新材料的合成。美哈弗福德學院和普渡大學利用人工智慧預測製備亞硒酸鹽晶體的反應條件，其準確度高於有十餘年經驗的材料化學家。量子計算技術在新材料開發方面的優勢得到驗證，如IBM公司科學家利用其研發的全新演算法，成功在7量子位系統中模擬出氫化鈹(BeH12)分子。2018年，隨著人工智慧與量子計算等先進資訊科技的發展與成熟，新材料模擬和預測速度將大大加快，新材料的開發過程或將產生顛覆性的改變。

綠色、環保、高效和低碳成為新材料發展的主題

當前，環境問題持續發酵，世界各國正努力推進可持續發展和綠色經濟。在這一背景下，開發低能耗、可迴圈使用、可生物降解以及環境負荷低等效能的新材料得到了全球科研機構與科技企業的廣泛關注。2018年，與綠色經濟和可持續發展直接相關的新材料的研發與商業化程序將持續加速，生物醫用材料和節能環保材料等新材料的開發將受到廣泛重視。3D列印技術在仿生材料、醫用材料、航空航天器件、新武器、可穿戴器件等領域將會獲得飛速發展。

材料與物理、化學、生物、資訊等多學科交叉融合加劇

隨著生物醫用材料、資訊材料、新能源材料等新材料的持續開發，以及人工智慧和量子計算在新材料研發中的加速應用，材料與其他學科將廣泛交叉融合，多學科交叉在材料創新中的作用將進一步凸顯。2018年，新材料與其它高技術和新興產業的交叉融合將開創新局面，顛覆性前沿新材料的研究和應用將進一步擴充套件。

-資訊領域-

2017年態勢總結

各國積極制定資訊科技發展戰略，推動數字化升級

英國推出《在英國發展人工智慧》、《下一代移動技術:英國5G戰略》及《英國數字化戰略》，旨在塑造領先的數字化經濟，確保英國在資訊科技領域優勢地位。美國眾議院通過《政府資訊科技現代化法案》，為聯邦政府的資訊科技現代化提供支援。俄羅斯政府正式批准《俄羅斯聯邦數字經濟規劃》，將人工智慧、機器人技術和量子計算等列為政府重點扶持的關鍵數字技術。

人工智慧應用加速落地，對國家安全影響初顯

在應用開發方面，微軟、谷歌、Facebook、蘋果、IBM和英偉達等科技巨頭相繼推出人工智慧開發平臺，開發出的人工智慧應用已成功用於自動駕駛、金融、醫療健康、個人數字化助理等商業化領域。在國家安全方面，人工智慧的顛覆性影響初步顯現。英偉達公司開發出人工智慧影象偽造技術，可生成能夠以假亂真的人物照。美國斯坦福大學研發出一種基於人工智慧晶片的自主網路攻擊系統，能夠根據網路實時環境對攻擊程式進行動態調整，隱蔽性和破壞性極強。俄羅斯戰術導彈公司計劃開發使用機器學習演算法的人工智慧導彈。

量子技術不斷取得重大突破，發展速度超出預期

世界科技巨頭加速推動量子技術研發，搶佔科技發展制高點。IBM開發出一臺50量子位元的量子計算機原型機，迎來量子計算機發展的重要里程碑。日本NTT公司研發出超高效能新型量子計算機，可瞬間解析複雜演算法。英特爾推出17量子位的超導量子晶片，推動量子計算邁入半導體產業。在量子技術飛速發展的同時，科技巨頭開始佈局量子技術的商業化應用。谷歌公司通過雲端計算服務開放量子計算機，其中政府和學術研究員將可以免費使用。IBM宣佈在2017年末通過雲端計算平臺，將一臺20個量子位元的量子計算機向公眾開放，以推動量子計算技術發展。

虛擬/增強現實重塑工作方式，商業程序穩步推進

虛擬/增強現實是一項重要的軍民通用前沿技術，能夠重塑生產生活的體驗方式。美國宇航局開發出一套可模擬國際空間站的混合現實模擬器，大幅提升了宇航員的訓練效果。美軍成功研發名為“戰術增強現實”(TAR)的頭戴顯示裝置，能夠在戰場上為士兵提供充足的資訊支援。科技巨頭看好虛擬/增強現實的應用前景，不斷推動其商業化發展。蘋果公司加入Weber社群小組，發力虛擬現實技術。AMD收購虛擬現實無線晶片開發商Niter。微軟擬開發人工智慧晶片，將用於增強現實眼鏡Hololens。

全球網路安全形勢愈發嚴峻，國際合作不斷加強

隨著行動通訊、雲端計算、物聯網和人工智慧等技術的進步，網路攻擊、竊密、詐騙和走私等犯罪行為也愈演愈烈。黑客利用美國家安全域性漏洞工具“永恆之藍”製作的“Wannacry”勒索軟體，導致全球150多個國家超30萬臺計算機感染，造成了巨大的經濟損失和極惡劣的影響。此後，更具破壞性的勒索病毒“Petya”襲擊了歐洲多個國家，對烏克蘭、俄羅斯、西班牙、法國、英國、丹麥等國的關鍵基礎設施造成嚴重影響。在這一背景下，世界各國加強國際合作，共同應對愈發嚴峻的網路安全形勢。中美執法及網路安全對話於華盛頓舉行，中美深化執法與網路安全領域合作。澳大利亞與新加坡簽署網路安全諒解備忘錄，旨在加強兩國間的資訊共享以及進行網路安全聯合演習。

2018趨勢展望

新一代資訊通訊技術推動產業升級變革

歐盟委員會發布《面向2018-2020年的H2020ICT工作計劃》，提出歐洲工業數字化技術、資料基礎設施、5G、下一代網際網路等技術的未來研究計劃，2018年資訊通訊技術(ICT)研究預算高達5.14億歐元。2018年，英法日等發達國家將繼續推進“人工智慧發展戰略”，促進人工智慧技術向其他經濟領域轉化。經濟合作與發展組織在《2017年數字經濟展望報告》中指出，通訊技術設施和服務迅速發展，資訊科技應用不斷增多，數字創新和新興商業模式正在推動眾多領域的變革。

物聯網將成為支撐經濟和社會發展的新型基礎設施

《2016-2017中國物聯網發展年度報告》顯示，當前全球每天約有550萬臺裝置加入物聯網，2018年全球物聯網市場規模有望超過千億美元。調研機構 Gartner預計，至2021年，全球聯網裝置將達到280億個，其中160億個與物聯網相關。物聯網各行業的加快普及將越來越多的裝置、車輛、終端納入智慧化之中，促進電網、水網、公路、鐵路、港口等傳統基礎設施網路化、智慧化轉型，為新經濟和新社會形態快速發展提供基礎設施支撐。

人工智慧技術將對大部分垂直領域產生影響

目前，人工智慧技術已經對製造業、客戶服務、金融、醫療保健和交通運輸產生重要影響。例如，澳大利亞阿德萊德大學開發出可預測病人壽命的人工智慧技術，精確度達到69%。英國劍橋大學開發出可提前預測地震的人工智慧系統。俄先期研究基金會開發出可實時檢測飛機狀態並預測壽命的人工智慧技術。2018年，科技巨頭將提供更加多樣化的人工智慧產品，如英偉達計劃推出下一代全自動駕駛計算機晶片並商用。日本富士通計劃推出高效能人工智慧專用晶片。隨著人工智慧技術的進一步發展與成本的逐漸降低，人工智慧將逐漸對更廣泛的領域產生影響。

網路攻擊威脅進一步升級，破壞能力顯著提高

《福布斯》雜誌認為，隨著物聯網裝置不斷接入網際網路，物聯網安全風險將愈發嚴重。2018年，存在安全漏洞的物聯網裝置數量將繼續增長，黑客將利用這些漏洞對使用者展開大規模竊聽，或利用物聯網裝置組成的僵屍網路發起分散式拒絕(DDoS)攻擊，對政府或媒體網站造成嚴重威脅。2018年，人工智慧攻擊技術可能取得新進展，黑客組織或使用人工智慧及機器學習技術開展網路攻擊，此類攻擊具有隱蔽性、針對性強等特點，將給網路防禦帶來更大挑戰。隨著行動通訊、雲端計算、物聯網和人工智慧等技術的進步,網路攻擊、竊密、詐騙和走私等犯罪行為也愈演愈烈。黑客利用美國家安全域性漏洞工具“永恆之藍”製作的“Wannacry”勒索軟體,導致全球150多個國家超30萬臺計算機感染,造成了巨大的經濟損失和極惡劣的影響。此後,更具破壞性的勒索病毒“Petya”襲擊了歐洲多個國家,對烏克蘭、俄羅斯、西班牙、法國、英國、丹麥等國的關鍵基礎設施造成嚴重影響。在這一背景下,世界各國加強國際合作,共同應對愈發嚴峻的網路安全形勢。中美執法及網路安全對話於華盛頓舉行,中美深化執法與網路安全領域合作。澳大利亞與新加坡簽署網路安全諒解備忘錄,旨在加強兩國間的資訊共享以及進行網路安全聯合演習。

未來智慧實驗室是人工智慧學家與科學院相關機構聯合成立的人工智慧，網際網路和腦科學交叉研究機構。

未來智慧實驗室的主要工作包括：建立AI智慧系統智商評測體系，開展世界人工智慧智商評測；開展網際網路（城市）雲腦研究計劃，構建網際網路（城市）雲腦技術和企業圖譜，為提升企業，行業與城市的智慧水平服務。

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