本刊編輯部

2021年，時代之變和世紀(jì)疫情相互疊加，世界進入新的動蕩變革期。新冠疫情持續(xù)在全球肆虐，全球累計確診新冠肺炎（COVID-19）病例超過2億例，累計死亡病例超過500萬人。我國經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定恢復(fù)，經(jīng)濟發(fā)展和疫情防控保持全球領(lǐng)先地位，但人類戰(zhàn)勝大災(zāi)大疫離不開科學(xué)發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，“最終戰(zhàn)勝疫情，關(guān)鍵要靠科技”，打贏疫情防控人民戰(zhàn)爭、總體戰(zhàn)、阻擊戰(zhàn)需要強大的科技支撐。

2022年，“奧密克戎”已擴散至全球各地，給世界經(jīng)濟帶來嚴(yán)重沖擊，世界主要國家紛紛向科技索要“答案”，試圖實現(xiàn)科技“突圍”。只有瞄準(zhǔn)世界科技前沿，抓住大趨勢，才能下好“先手棋”，把握科技創(chuàng)新主動權(quán)，搶占未來經(jīng)濟科技發(fā)展先機?；诖?，《科技智囊》編輯部綜合國內(nèi)外研究成果，整理出2022年十大科技前沿趨勢。

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—虛實結(jié)合，融合多種技術(shù)的元宇宙—

2021年被稱為元宇宙元年。2021年初，Soul App在行業(yè)內(nèi)首次提出構(gòu)建“社交元宇宙”;3月，被稱為元宇宙第一股的羅布樂思（Roblox）正式在紐約證券交易所上市;8月，字節(jié)跳動大手筆收購VR創(chuàng)業(yè)公司Pico;10月，F(xiàn)acebook CEO宣布母公司更名為“Meta”，并將重心轉(zhuǎn)向“元宇宙”;11月，微軟CEO表示公司正在打造一個企業(yè)元宇宙。

元宇宙（Metaverse）的概念最早出現(xiàn)在1992年美國作家尼爾·斯蒂芬森的科幻小說《雪崩》（Snow Crash）中。所以，現(xiàn)在出現(xiàn)的元宇宙不是一個新的概念，而是一個經(jīng)典概念的重生，是在擴展現(xiàn)實（XR）、區(qū)塊鏈、云計算、數(shù)字孿生等新技術(shù)下的概念具化。元宇宙本身不是一種技術(shù)，而是一個理念和概念，它需要整合不同的新技術(shù)，如5G、6G、人工智能、大數(shù)據(jù)等，強調(diào)虛實相融。元宇宙本質(zhì)上是對現(xiàn)實世界的虛擬化、數(shù)字化過程，需要對內(nèi)容生產(chǎn)、經(jīng)濟系統(tǒng)、用戶體驗以及實體世界內(nèi)容等進行大量改造。

2022年，元宇宙將借助擴展現(xiàn)實技術(shù)（VR和AR）提供沉浸式的體驗，通過數(shù)字孿生，把現(xiàn)實世界鏡像到虛擬世界里，創(chuàng)造出一個平行于現(xiàn)實世界的虛擬數(shù)字世界，利用區(qū)塊鏈搭建虛擬世界的經(jīng)濟體系，使其與現(xiàn)實世界有著無限接近的體驗。

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—3D打印技術(shù)，助力骨骼移植—

3D打印技術(shù)，又稱“增材制造”，是一種融合了計算機輔助設(shè)計、材料加工與成型技術(shù)、以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，通過軟件與數(shù)控系統(tǒng)將專用的金屬材料、非金屬材料以及醫(yī)用生物材料，按照擠壓、燒結(jié)、熔融、光固化、噴射等方式逐層堆積，制造出實體物品的制造技術(shù)。

自20世紀(jì)90年代中期誕生以來，3D打印技術(shù)已經(jīng)相對比較成熟，這為打印替代骨組織的“人工假體”帶來了可能。骨組織功能相對簡單，主要是起支撐作用，是最容易被成功替代的人體組織。3D打印跟傳統(tǒng)的鍛造、鑄造相比，最大的優(yōu)勢是其由無數(shù)鈦合金金屬微粒熔融凝結(jié)而成，牢固又堅韌，可以滿足骨頭的支撐功能。同時，它可以模擬松質(zhì)骨的結(jié)構(gòu)，在假體中做出各種微孔。2022年，3D打印技術(shù)將更多地應(yīng)用到定制骨骼，以后還可能出現(xiàn)3D打印的血管和心臟瓣膜。

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—量子計算將突破NISQ時代限制—

量子計算機的應(yīng)用范圍很廣，市場前景非常光明。2021年10月，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)潘建偉團隊成功研制出66比特的可編程超導(dǎo)量子計算原型機“祖沖之2.0”，同時成功研制“九章二號”量子計算原型機;IBM希望在2022年實現(xiàn)433量子比特，2023年達到1000比特。量子計算可能會比預(yù)期更快地成為一種商業(yè)現(xiàn)實。

量子計算將突破NISQ時代限制。NISQ（Noisy Intermediate Scale Quantum）是由美國理論物理學(xué)家John Preskill在2017年提出的。NISQ表示的是中等規(guī)模帶噪聲量子器件?！爸械纫?guī)?！笔侵噶孔佑嬎銠C量子比特數(shù)的規(guī)模，它將在未來幾年內(nèi)從50到幾百個不等的規(guī)模發(fā)展變化?！霸肼暋睆娬{(diào)的是人類并不能完美控制這些量子比特，因為它將嚴(yán)重限制量子器件在短期內(nèi)實現(xiàn)可用的大規(guī)模量子比特的目標(biāo)。在NISQ時代，量子計算機面臨的挑戰(zhàn)之一就是在較高“噪音”的水平下運行。

2022年，人類有望通過將量子計算機和經(jīng)典計算機相結(jié)合，采用一種量子—經(jīng)典混合算法——變分量子特征求解器，這有利于解決量子化學(xué)難題和執(zhí)行數(shù)據(jù)分類任務(wù)。利用基于測量的量子處理器、引入量子傳感器、使用量子假設(shè)檢驗3種不同的方式提升分類的準(zhǔn)確性、增強算法的魯棒性，探索可靠的量子機器學(xué)習(xí)。

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—站在風(fēng)口的虛擬數(shù)字人—

根據(jù)《虛擬數(shù)字人深度產(chǎn)業(yè)報告》，虛擬數(shù)字人指由計算機圖形學(xué)、圖形渲染、動作捕捉、深度學(xué)習(xí)、語音合成等計算機手段創(chuàng)造及使用，并具有多重人類特征（外貌特征、人類表演能力、人類交互能力等）的綜合產(chǎn)物。虛擬數(shù)字人目前在各行業(yè)應(yīng)用廣泛，在教育行業(yè)，使用虛擬數(shù)字人技術(shù)錄制課程;在廣電行業(yè)，使用虛擬數(shù)字人技術(shù)進行一些主持工作;在醫(yī)療領(lǐng)域，使用虛擬數(shù)字人進行導(dǎo)醫(yī)服務(wù);在游戲行業(yè)，根據(jù)個人的語言習(xí)慣、操作規(guī)則、審美偏好等，定制智能虛擬主播等。

中國虛擬網(wǎng)紅行業(yè)發(fā)展火爆，B站上每個月都有約4000多個虛擬主播開播。通過構(gòu)建虛擬員工、虛擬主持人等角色，可以提供7×24小時的服務(wù)，減輕人工重復(fù)錄制視頻的工作，提高營業(yè)效率，大幅降低整體人力成本。根據(jù)《虛擬數(shù)字人深度產(chǎn)業(yè)報告》估計，到2030年我國虛擬數(shù)字人整體市場規(guī)模將達到2700億元，迎來廣闊的應(yīng)用空間。該報告將虛擬數(shù)字人劃分為“身份型”和“服務(wù)型”兩類，前者的市場規(guī)模預(yù)計為1750億元，而后者的市場規(guī)模將超過950億元。

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—腦機接口正走向現(xiàn)實—

腦機接口，常被簡稱為BCI。它是指通過在人腦神經(jīng)與具有高生物相容性的外部設(shè)備間建立直接連接通路，實現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)和外部設(shè)備間信息交互與功能整合的技術(shù)。簡單來說，就是實現(xiàn)用意念控制機器。該技術(shù)的實現(xiàn)意味著，人與機器的主要交互方式，除了手工輸入，以及近幾年興起的人工智能語音交互之外，還可以直接通過大腦向機器發(fā)出指令。

2021年4月，馬斯克的公司Neuralink在猴子的大腦中植入了兩套微小的電極，使猴子能夠僅僅用意念就在一個乒乓球游戲中移動屏幕上的球。Neuralink希望2022年在人類身上測試其設(shè)備，讓癱瘓人士能夠操作電腦;另一家公司Synchron已經(jīng)獲美國監(jiān)管機構(gòu)批準(zhǔn)，開始對一套類似的設(shè)備進行人體試驗。通過計算機接收信號，人腦可以直接表達想法或者控制其他設(shè)備，而不需要通過語言或肢體工作，不依賴于外周神經(jīng)和肌肉——用“意念”控制設(shè)備，解放四肢。2022年1月11日，成立數(shù)月的腦虎科技（NeuroXess）宣布完成9700萬元的天使輪及Pre-A輪融資，這是目前國內(nèi)腦機接口領(lǐng)域最大規(guī)模的早期融資，主要投資機構(gòu)包括盛大、紅杉資本、涌鏵等。

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—“動物基”的人造肉—

人造肉的技術(shù)路線主要可分為植物基和動物基，前者是用大豆蛋白制成，技術(shù)成熟度高;后者是“培養(yǎng)肉”，從動物體內(nèi)分離、提取出少量全能干細胞或成肌細胞，在營養(yǎng)液中進行培養(yǎng)，再進行商品化加工處理。這種生產(chǎn)方式真正顛覆了畜牧業(yè)，但技術(shù)難度較高，一直以來成本居高不下。

近年來，隨著生物科技的發(fā)展，相關(guān)難題逐漸得到解決，如Beyond和Impossible Foods兩家公司生產(chǎn)的人造肉更像真肉，其產(chǎn)品中還添加了從大豆根部提取的血紅素，它含有豐富的鐵元素，可以使產(chǎn)品的口味和形態(tài)與真肉更加相似。此外，Impossible Foods還在一些產(chǎn)品中模擬了動物肌肉中一些關(guān)鍵特征——脂肪、結(jié)締組織的。同時，從公開數(shù)據(jù)來看，兩家公司基本將人造肉的成本控制在和真肉差不多的水平，而隨著供應(yīng)規(guī)模的擴大，人造肉的成本將繼續(xù)下降。

動物基人造肉更具顛覆性，應(yīng)用前景也更加廣泛，它可以生產(chǎn)很多不同品類，比如澳大利亞有公司在嘗試袋鼠肉，新加坡有公司在嘗試馬肉，同時有更多公司在嘗試海鮮/水產(chǎn)品類，因為海鮮比畜牧業(yè)更加落后，在很大程度上還依賴于遠洋捕撈。

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—人工智能越來越重視具身智能—

具身智能一詞源于英文“embodied AI”，即具有身體的人工智能。智能體需要與真實世界進行交互，不僅通過AI學(xué)習(xí)提取視覺上的高維特征認(rèn)識世界，而且通過“眼耳鼻舌身”主動獲取物理世界的真實反饋，通過反饋進一步讓智能體學(xué)習(xí)，并使其更“智能”，甚至實現(xiàn)自身“進化”。

最新的人工智能研究發(fā)現(xiàn)，智能生物的智能化程度和它的身體結(jié)構(gòu)之間，存在很強的正相關(guān)性。在算力相同的情況下，具備形態(tài)智能優(yōu)勢的生物可以更快地獲得學(xué)習(xí)上的優(yōu)勢。因此，具身智能區(qū)別于傳統(tǒng)AI，具身智能將不僅具有淺層次的智能如行走、交談、感知，也將具有生物體高層次的智能如推理、演繹、下棋甚至進化等，成為一個多模態(tài)的、具身的、主動交互式的通用型人工智能體。

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—新能源技術(shù)——熱泵—

熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置。其可以將低位熱源的熱能轉(zhuǎn)移到高位熱源，是全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)。它不同于人們所熟悉的可以提高位能的機械設(shè)備——“泵”;熱泵通常是先從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱能，經(jīng)過電力做功，然后再向人們提供可被利用的高品位熱能。熱泵技術(shù)在節(jié)能建筑中的應(yīng)用，不但能使居住環(huán)境更舒適、提高能源利用效率，而且可以促進室內(nèi)空氣改善，有效避免溫室氣體排放，對實現(xiàn)碳中和有著重要的意義。

荷蘭制定了到2030年部署多達200萬臺熱泵的計劃，并將從2024年起每年安裝 10 萬臺熱泵。2020年，挪威通過ENOVA 計劃向2300多個家庭發(fā)放補貼，并重點關(guān)注增加用于區(qū)域供熱系統(tǒng)的高溫?zé)岜檬袌?。國際能源署（IEA）發(fā)布的《2050年凈零排放：全球能源部門路線圖》提出，在“1.5℃”溫控目標(biāo)要求下，建議全球各國2025年不再新增石化燃料鍋爐的使用，并在2045年實現(xiàn)熱泵在全球采暖中的使用比例達到或超過50%。目前，制冷、照明和電器產(chǎn)品早已完成了全面的電氣化，采暖設(shè)備的脫碳化成為建筑節(jié)能的首要任務(wù)，空氣能熱泵供暖設(shè)備將迎來長達30年的井噴期。2021年11月，IEA發(fā)布的年度旗艦報告《能效2021》提出，在2050年實現(xiàn)凈零排放的情景中，熱泵是實現(xiàn)空間供暖電氣化的關(guān)鍵技術(shù)。

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—打破時空界限的VR健身—

伴隨著VR設(shè)備持有量日趨增長，VR+健身成為很多健身類企業(yè)瞄準(zhǔn)的新方向。虛擬現(xiàn)實（VR）頭顯可以讓人們在玩游戲的過程中燃燒卡路里，他們可以擊打或劈開撲面而來的各種形狀，或扭動身子以躲避障礙物。同時，VR健身可以打破日常健身的單調(diào)和枯燥，使健身充滿樂趣，減少社交的恐懼。

運動科技是帶來健身新商業(yè)模式、快速提高健身人口滲透率和新的觸達健身用戶的新方式和新趨勢之一。VR健身將為行業(yè)帶來新的增長點，越來越多的工作室正在使用Oculus頭部顯示器來開發(fā)VR健身應(yīng)用程序。2021年11月，Meta（前身為Facebook）宣布收購VR內(nèi)容工作室“Within”。Within是一家VR內(nèi)容工作室，提供訂閱式VR健身應(yīng)用Supernatural。Meta希望借助自己的Oculus，不斷地構(gòu)建更多的應(yīng)用場景，借助虛擬現(xiàn)實以及健身效應(yīng)的構(gòu)建，幫助用戶實現(xiàn)另一種應(yīng)用場景的鋪設(shè)。

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—云網(wǎng)融合—

根據(jù)中國電信發(fā)布的《云網(wǎng)融合2030技術(shù)白皮書》，云網(wǎng)融合是通信技術(shù)和信息技術(shù)深度融合所帶來的信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革，在發(fā)展歷程上要經(jīng)過協(xié)同、融合和一體3個階段，最終使得傳統(tǒng)上相對獨立的云計算資源和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施融合形成一體化供給、一體化運營、一體化服務(wù)的體系。云網(wǎng)融合是新型信息基礎(chǔ)設(shè)施的深刻變革，其內(nèi)涵在于通過云網(wǎng)技術(shù)和生產(chǎn)組織方式的全面深入的融合與創(chuàng)新，運營商在業(yè)務(wù)形態(tài)、商業(yè)模式、運維體系、服務(wù)模式、人員隊伍等多方面進行調(diào)整，從傳統(tǒng)的通信服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型為智能化數(shù)字服務(wù)提供商，為社會數(shù)字化轉(zhuǎn)型奠定堅實、安全的基石。

云網(wǎng)融合是一個長期的、不斷演進的過程。2022—2030年，以云網(wǎng)融合為核心的信息通信技術(shù)創(chuàng)新，將強有力地推動未來信息基礎(chǔ)設(shè)施的轉(zhuǎn)型。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等技術(shù)的演進，智慧城市、智能制造、智慧生活、AR/VR、自動駕駛等新業(yè)務(wù)的發(fā)展，以內(nèi)生安全、云網(wǎng)切片、云網(wǎng)大腦等為代表的關(guān)鍵核心技術(shù)的自主掌控，將為云網(wǎng)融合目標(biāo)的實現(xiàn)注入更加豐富的強大動力。云網(wǎng)融合的發(fā)展和6G的發(fā)展在技術(shù)內(nèi)涵和時間進程上也是相輔相成的。6G網(wǎng)絡(luò)的初步愿景是“泛在、智聯(lián)、數(shù)融、開放、安全”，它以數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以智能為核心，通過ICDT融合實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能自治，提供全息通信、萬網(wǎng)互聯(lián)、智能協(xié)作等基礎(chǔ)業(yè)務(wù)能力。