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挑战智商!2020年20个重大科学问题、技术难题在青岛发布

时间:2020-08-25     

8月15日下午

在第二十二届中国科协年会在青岛闭幕

闭幕式上

中国科协发布了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

这些问题和难题的发布

将在科学界产生重要的影响

也将产生极大的导向作用

那么

具体发布了哪些问题和难题

它们上榜的理由又是什么

一起来看

↓↓↓

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01

10个前沿科学问题

01 冠状病毒跨种传播的生态学机制是什么?

进入21世纪以来,我国先后出现了多起新发传染病事件,其中2002年的SARS和目前正在肆虐的新冠肺炎尤为严重。病原学表明,SARS和COVID-19是起源于蝙蝠、穿山甲、果子狸等野生动物的冠状病毒。新冠病毒在全球蔓延后,对病毒本身的研究迅速开展,却忽略了病毒跨种传播生态学机制的研究。

02 引力波将如何揭示宇宙奥秘?

引力波是广义相对论预言的一种时空涟漪,是时空本身的一种波动现象,这种波动在传播中很少受到物质分布的影响,所以保留着引力波源的原初信息。引力波天文学是一门新兴的交叉学科,其研究涵盖了天文学、物理学、数据计算、工程科学等多个领域。自2015年首次直接探测到引力波以来,引力波已迅速成为国际上基础物理与天体物理前沿研究的热点,预计十余年内宇宙起源问题将有取得重大突破的历史机遇。

03 地球物质是如何演化与循环的?

地球物质主要分为岩石和矿物。从时间尺度上来看,地球物质都是演化的。按照矿物的发展历史,可以大致将地球的演化划分成三个主要阶段:首先是地球从太阳系原始星云盘内形成、增生和分异,这个过程中形成的矿物种数仅有约250种;然后是壳幔相互作用阶段,岩浆作用、变质作用等开始发挥作用,矿物种数发展到了1500种;最后是生物作用阶段,大氧化事件以及生物活动使这一阶段矿物种数直接跃至4400种。

04 第五代核能系统会是什么样子?

2000年,美国能源部倡议发起的第四代核能系统国际论坛把核能的发展分为四代。第一代是验证工程可行性的原型试验堆。第二代是证明了商业可行性的标准化、系列化、批量化的商业核电站。第三代是经济性和安全性进一步提升的演化型商业核电站设计。第四代是在可持续性、经济性、安全性和可靠性、防核扩散和物理保护等方面显著提升的下一代核能系统。目前对于第五代核能系统的研究仍处于探索交流阶段,暂无成熟的概念界定和目标定义,其实现路径更是少有谈及。

05 特种能场辅助制造的科学原理是什么?

随着航空航天、交通运输等领域对轻量化和安全性的持续需求,更多的高强材料,包括超高强度钢、轻合金、复合材料和金属间化合物等,应用于复杂构件。随着材料强度的提高,制造难度显著提高,成形缺陷则更难控制。现有的研究表明,特种能场辅助成形技术在提高此类材料的成形效率和质量方面具有显著优势,在改善高强难变形材料制造难题方面具有巨大潜力。

06 数字交通基础设施如何推动自动驾驶与车路协同发展?

未来自动驾驶车辆大范围社会化运行局面必然会出现,对交通运输系统而言将是一场变革,道路交通运输系统面临演进换代的挑战。迎接并推动自动驾驶发展,目前国内外面临以下突出问题:一是道路基础设施侧,智能供给能力不足。二是单车感知的精度很难提升。对于支撑自动驾驶社会化运行的新型道路基础设施的研究,我国尚处于起步阶段,国外也无现成的先进技术和经验可借鉴,需要适时将自动驾驶研究的支持重点向基础设施侧智能供给研究及综合集成落地应用研究转移。

07 调节人体免疫功能的中医药机制是什么?

虽然免疫学的基础研究取得了令人瞩目的成就,医学也在突飞猛进地发展,但在许多疑难重症的防治方面仍显得不足。系统性红斑狼疮、类风湿关节炎、强直性脊柱炎等自身免疫性疾病仍然困扰着患者。这些重大、疑难疾病的发生、发展和转归均与免疫密切相关。中医药能够多层次、多靶点、多途径作用于机体,调节机体免疫功能,在疾病预防和治疗中有重要的应用价值。

08 植物无融合生殖的生物学基础是什么?

无融合生殖是一种通过种子进行无性繁殖的生殖方式,可以使杂交品种产生克隆种子,保持杂交后代性状不发生分离,从而永久固定杂种优势。鉴于无融合生殖研究在理论研究和育种实践上的重要战略意义,上世纪80年代我国将其列入“863”高科技计划,由袁隆平等知名专家牵头进行联合攻关。然而,由于无融合生殖发生机制的复杂性,尽管经过了多国科学家近一个世纪的努力,其形成机制依然不清楚,也未能将其成功应用于作物育种中。

09 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?

水资源是基础性自然资源、战略性经济资源和生态环境的控制性要素。水资源在国家“五位一体”建设格局中具有战略性支撑地位。当前,我国生态文明建设进入加速期和关键期,对水资源集约利用和严格保护提出了更高要求。推进经济社会高质量发展需要充分考虑我国水资源特性和承载条件,因水制宜、量水而行。

10 如何建立虚拟孪生理论和技术基础并开展示范应用?

虚拟孪生是在数字孪生的基础上,利用传感器、物联网、虚拟现实、人工智能等数字技术对真实世界中物理实体和智能实体对象的特征、行为、形成过程和性能等进行描述和建模的过程和方法,也称为虚拟孪生技术。它以数字孪生为基础,但更侧重于智能实体或生命体的建模和仿真。党的十九大报告明确提出“加快建设制造强国,加快发展先进制造业,推动互联网、大数据、人工智能和实体经济深度融合”,其核心是促进新一代信息技术和人工智能技术与制造业深度融合,推动实体经济转型升级,大力发展智能制造。因此,如何实现制造物理世界与信息世界的交互与共融,是当前国内外实践智能制造理念和目标所共同面临的核心瓶颈之一。

02

10个工程技术难题

01 如何开发新型免疫细胞在肿瘤治疗中的新途径与新技术?

癌症源于生物体细胞不受控制的增殖,可以诱导免疫反应。但免疫系统很难完全清除肿瘤细胞,导致无法被免疫系统有效清除的“免疫编辑”肿瘤持续存在。免疫细胞疗法通过回输免疫细胞,激活或者增强癌症患者的免疫系统对癌细胞的识别和杀伤能力,未来将会在临床工作中发挥重要的作用,前景十分广阔。

02 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?

水平起降组合动力运载器具有快速、廉价、可靠的特点,可成为低成本天地往返运输工具,具备应急响应发射入轨、在轨维护与按需返回能力,大力推动空间开发。水平起降组合动力运载器一体化设计技术是支撑未来航天运输系统发展与应用的核心技术之一,是未来先进航天运输系统的重要支撑技术之一。

03 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?

农业外来有害生物的入侵、扩散与危害事关国家生态安全、经济安全、农产品贸易安全和人畜健康。当前,农业入侵生物正呈现入侵源头增多、传入风险提高、入侵地点分散、传播扩散加剧且易于跨境(区域)扩散传播的态势,防控形势十分严峻。一些传播性极强的重大植物病原菌及害虫,极易经由农作物及其产品的国际贸易、人员交流,以及主动迁飞等途径迅速蔓延,跨越国界,引起区域性甚至全球性大流行。

04 信息化条件下国家关键基础设施如何防范重大电磁威胁?

强电磁脉冲通常指各类瞬态的高强度电磁场,主要包括高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)、高功率微波(HPM)等人造电磁脉冲和地磁暴等自然现象。强电磁脉冲一旦对金融、能源、电力等领域的关键信息基础设施产生影响,将可能导致交通中断、金融紊乱、电力瘫痪等重大事故。我国在关键基础设施的规划布局、设计建造、运行管理中,没有考虑基础设施对强电磁脉冲攻击的防御问题,也未开展关键基础设施强电磁脉冲威胁系统评估。一旦遭受强电磁脉冲威胁将迅速瘫痪,造成严重的经济损失,影响社会稳定。

05 硅光技术能否促成光电子和微电子的融合?

信息光电子作为信息化社会的“主动脉”,承担着数据传递和互联的重要功能。信息光电子芯片已然成为“数字化新基建”的核心和基石,也是全球信息通信价值链的关键领域和网络强国建设的“国之重器”。近年来光通信(光互联)、光传感(光测量)等技术的快速发展和广泛应用,带动了对光电子芯片的海量市场需求。硅基光电子芯片技术即可应用于芯片级光互连,又适用于长距离光纤通信,可实现全功能光电子集成,具有极高的通用性和兼容性,是微电子和光电子两大产业公认的发展方向。

06 如何解决集成电路制造工艺中缺陷在线检测难题?

在上一代国家集成电路制造02专项中,缺陷在线检测设备的研发投入相对较少,我国在该领域存在明显短板,设备水平远落后于发达国家,因此,缺陷检测设备是我国半导体产业链中最薄弱的环节之一,研发集成电路高灵敏度缺陷在线检测技术与装备迫在眉睫。

07 无人车如何实现在卫星不可用条件下的高精度智能导航?

以无人救援车、无人采矿车、无人运输车等为代表的特种无人车是完成现代化作业、抢险救灾等任务的核心无人装备。为提高无人车的紧急救援、联合作业等能力,要求其导航系统具备高精度定位、自主避障、智能路径规划及导引等功能。因此,需要研究具有高精度、全自主的导航方式以及需要解决面向无人车的惯性基智能导航问题。

08 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?

发展高效低成本的可再生能源和氢能技术是对国家重大需求的及时响应,也是全球减少碳排放和减缓气候变化的优质解决方案。当前,我国可再生能源重点产业布局成熟、链条完备,发电成本已接近化石能源发电成本。针对可再生能源面临的时空波动性和并网难等问题,应以新技术和新材料为基础,将间歇性过剩的可再生能源转化为化学能,方便储运,实现持续稳定的能量供给和多样化的开发利用。但当前电解水制氢技术的发展水平限制了可再生能源转为化学能的转化效率及产业化进程。

09 如何突破进藏高速公路智能建造及工程健康保障技术?

青藏高原地层岩性复杂多变,新构造运动剧烈,深大活动断裂广布,冰川、冻土与山地灾害群(链)发育,具有“显著的地形高差”、“强烈的板块活动”、“频发的山地灾害”、“敏感的冻土环境”四大地质环境特征,以及“高频冻融循环”、“剧烈干湿交替”、“极端高寒缺氧”三大气候环境特征,由此带来的系列工程技术难题是制约西藏高速交通发展的关键技术因素。

10 如何突破光刻技术难题?

光刻技术是制造集成电路的关键技术,是通过紫外光、准分子激光、电子束等广义光源和与其敏感的光刻胶之间的相互作用在基板上形成微纳结构图形的技术。光刻技术的核心在于光刻机、光刻工艺和光刻胶三个方面。最近十年,国家相关部委组织多个大型项目和专项进行光刻技术和产品的攻关,取得了一定的进展,但跟世界发达国家水平相比,我国光刻技术和产业的发展水平仍较落后,差距仍然很大,“受制于人”的困境依然存在。

中国工程院院士、中国工程院原副院长,中国科协荣誉委员杜祥琬介绍,不断提出、判别科技重大问题及其优先级,对推进建设世界科技强国具有重要意义。中国科协将以重大问题发布强化学术引领,承担科技共同体的价值使命,坚持尊重科学家对科学前沿的敏感性和探索精神,重视发挥跨界学术交流孕育创新的积极作用,逐步形成“中国科协引导、全国学会主导、知名科学家领衔、科技工作者广泛参与、联合国际科技组织支持”的科技重大问题凝练机制。

据悉,自2018年以来,中国科协组织全国学会及学会联合体开展重大科学问题和工程技术难题征集活动并向公众发布,三年共评选、发布了100个难题。其中,2020年的征集发布活动共征集到103家全国学会、学会联合体、企业科协提交的490个问题难题,1.88万余名院士、专家、一线科技工作者参与。

2020重大科学问题和工程技术难题发布之际,《面向未来的科技2020重大科学问题和工程技术难题解读》图书发布。据介绍,此书由中国科协主编,18家全国学会组织相关专家参与编写,以解读2020重大科学问题和工程技术难题的形成背景、国际发展趋势,分析可能的解决方案,预测未来的发展前景为主要内容,分为“重大科学问题”与“工程技术难题”两个部分。

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