本文以智能制造、新材料和信息三大領域為例，深入淺出的探討了2017年以來世界前沿科技的發展脈絡，并對2018年可能的走勢進行了預測。

-智能制造領域-

2017年態勢總結

多國推出新舉措，推動先進制造發展

美國成立白宮貿易和制造業政策辦公室，以維護美國工人和國內制造商利益促進經濟增長并增強美國制造業等。英國公布“ 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。日本經濟產業省發布《2017財年制造業白皮書》，詳述應對第四次工業革命的策略以及日本制造業改革的方向，以提升日本先進制造競爭力。

人工智能技術呈爆發式發展

2017年成為全球人工智能商業化、產品化運用的拐點。人工智能技術催生出自動駕駛汽車、智能醫療以及智能芯片等應用。英偉達發布全球首款人工智能自動駕駛平臺“ Drive PX Pegasus”，旨在將全自動駕駛汽車盡早推向市場。美國麻省理工學院計算機科學與人工智能實驗室( CSAIL)開發出人工智能診斷系統，使乳腺癌早期診斷準確率提升至97%。我國華為公司發布全球首款人工智能手機芯片麒麟970( Kirin970)，搭配為人工智能運算專門設計的NPU，支持語音識別、人臉識別、場景識別等多個人工智能場景的處理。

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、人工智能和仿生結構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，促進人機交互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打印技術飛速發展，在各領域獲廣泛應用

3D打印技術在醫療、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打印貼片，能夠有效促進受損心臟組織的再生長。俄羅斯發射首顆3D打印航天探測器“ Tomsk TPU-120”衛星。NASA成功測試由金屬合金制成的3D打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，制造時間縮短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打印的潛艇艇體，耗時不到4周，成本降低90%。

2018年趨勢展望

主要國家人工智能戰略值得持續關注

法國經濟部與教研部發布了《法國人工智能戰略》，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“交互系統”戰略目標，強調以信息科技為核心，整合認知科學、心理學、腦科學等學科，推動交互系統發展，以促進社會結構及人類行為的優化。英國發布了《在英國發展人工智能》報告，對當前人工智能的研究、市場和政策支持進行分析并提出發展人工智能的建議。

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，于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、云服務等領域達成戰略合作，開展“人工智能十汽車”生態項目。美國通用公司與拼車公司Lyft合作，擬于2018年開始生產和部署數千輛無人駕駛電動汽車，并在曼哈頓街道上對其進行測試。

3D打印市場規模將持續擴大，繼續向高端工業領域拓展深化

美國通用公司推出世界上最大的激光金屬粉末3D打印機，能夠打印1立方米體積的金屬零件，可打印噴氣式發動機的結構部件和單通道飛機零部件，擬于2018年實現商業化。加拿大卡爾頓大學正在研發能夠自我復制的3D打印機，可利用月球上的材料打印自身組件，實現自產自組裝，有望助力月球探索。

智能制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，降低人工成本并提高了產品合格率。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電子將建立智能工廠，將采用人工智能技術，以實現從零部件采購、生產到質量檢查與產品運輸的全流程高效管理。

人工智能應用將更加擴展深化

中國光大銀行與北京第四范式科技有限公司成立“人工智能實驗室”，將在2018年展開合作，推動人工智能技術在金融領域更廣泛的應用。騰訊發布AI產品騰訊覓影，結合人工智能技術和大數據能力讓機器篩查和分析醫學影像以輔助醫生診斷。美國特斯拉公司宣布將結合人工智能技術為旗下無人駕駛汽車開發定制化硬件芯片，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打印化進程加速

科技強國紛紛推進先進結構材料3D打印化進程。美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室成功開發出可3D打印的航空級碳纖維復合材料，為未來3D打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打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制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。

疊子芯片材料成為研發熱點

隨著量子計算與量子通信技術的飛速發展，量子芯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晶體管，為制備柔性量子芯片提供了新途徑。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制出鎳酸釤“量子材料”，或可推動模仿人類大腦的新算法研究。美國斯坦福大學研制出能在室溫下操作的量子芯片材料，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電極的制備工藝，可用于制作新一代觸摸屏材料、太陽能電池板等高端產品。韓國LG和三星向德國OLED材料開發商 Cynara投資2500萬歐元，以支持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硅襯底上生成氮化鎵(GaN)高電子遷移率晶體管結構。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制了滿足高壓碳化硅(SiC)電力電子器件制造所需的4-6英寸SiC單晶生長爐關鍵裝備。

2018年趨勢展望

先進信息技術變革新材料開發過程

人工智能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借助機器學習算法，利用“廢棄”數據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能預測制備亞硒酸鹽晶體的反應條件，其準確度高于有十余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，隨著人工智能與量子計算等先進信息技術的發展與成熟，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、可循環使用、可生物降解以及環境負荷低等性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進程將持續加速，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打印技術在仿生材料、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、信息等多學科交叉融合加劇

隨著生物醫用材料、信息材料、新能源材料等新材料的持續開發，以及人工智能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展。

-信息領域-

2017年態勢總結

各國積極制定信息技術發展戰略，推動數字化升級

英國推出《在英國發展人工智能》、《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，確保英國在信息技術領域優勢地位。美國眾議院通過《政府信息技術現代化法案》，為聯邦政府的信息技術現代化提供支持。俄羅斯政府正式批準《俄羅斯聯邦數字經濟規劃》，將人工智能、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。

人工智能應用加速落地，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能開發平臺，開發出的人工智能應用已成功用于自動駕駛、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，人工智能的顛覆性影響初步顯現。英偉達公司開發出人工智能圖像偽造技術，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于人工智能芯片的自主網絡攻擊系統，能夠根據網絡實時環境對攻擊程序進行動態調整，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算法的人工智能導彈。

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，搶占科技發展制高點。IBM開發出一臺50量子比特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公司研發出超高性能新型量子計算機，可瞬間解析復雜算法。英特爾推出17量子位的超導量子芯片，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，科技巨頭開始布局量子技術的商業化應用。谷歌公司通過云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宣布在2017年末通過云計算平臺，將一臺20個量子比特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，商業進程穩步推進

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信息支持。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社區小組，發力虛擬現實技術。AMD收購虛擬現實無線芯片開發商Niter。微軟擬開發人工智能芯片，將用于增強現實眼鏡Hololens。

全球網絡安全形勢愈發嚴峻，國際合作不斷加強

隨著移動通信、云計算、物聯網和人工智能等技術的進步，網絡攻擊、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局漏洞工具“永恒之藍”制作的“Wannacry”勒索軟件，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。此后，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絡安全形勢。中美執法及網絡安全對話于華盛頓舉行，中美深化執法與網絡安全領域合作。澳大利亞與新加坡簽署網絡安全諒解備忘錄，旨在加強兩國間的信息共享以及進行網絡安全聯合演習。

2018趨勢展望

新一代信息通信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、數據基礎設施、5G、下一代互聯網等技術的未來研究計劃，2018年信息通信技術(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“人工智能發展戰略”，促進人工智能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，通信技術設施和服務迅速發展，信息技術應用不斷增多，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550萬臺設備加入物聯網，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，全球聯網設備將達到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設備、車輛、終端納入智能化之中，促進電網、水網、公路、鐵路、港口等傳統基礎設施網絡化、智能化轉型，為新經濟和新社會形態快速發展提供基礎設施支撐。

人工智能技術將對大部分垂直領域產生影響

目前，人工智能技術已經對制造業、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能技術，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能系統。俄先期研究基金會開發出可實時檢測飛機狀態并預測壽命的人工智能技術。2018年，科技巨頭將提供更加多樣化的人工智能產品，如英偉達計劃推出下一代全自動駕駛計算機芯片并商用。日本富士通計劃推出高效能人工智能專用芯片。隨著人工智能技術的進一步發展與成本的逐漸降低，人工智能將逐漸對更廣泛的領域產生影響。

網絡攻擊威脅進一步升級，破壞能力顯著提高

《福布斯》雜志認為，隨著物聯網設備不斷接入互聯網，物聯網安全風險將愈發嚴重。2018年，存在安全漏洞的物聯網設備數量將繼續增長，黑客將利用這些漏洞對用戶展開大規模竊聽，或利用物聯網設備組成的僵尸網絡發起分布式拒絕(DDoS)攻擊，對政府或媒體網站造成嚴重威脅。2018年，人工智能攻擊技術可能取得新進展，黑客組織或使用人工智能及機器學習技術開展網絡攻擊，此類攻擊具有隱蔽性、針對性強等特點，將給網絡防御帶來更大挑戰。隨著移動通信、云計算、物聯網和人工智能等技術的進步,網絡攻擊、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局漏洞工具“永恒之藍”制作的“Wannacry”勒索軟件,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。此后,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絡安全形勢。中美執法及網絡安全對話于華盛頓舉行,中美深化執法與網絡安全領域合作。澳大利亞與新加坡簽署網絡安全諒解備忘錄,旨在加強兩國間的信息共享以及進行網絡安全聯合演習。

未來智能實驗室是人工智能學家與科學院相關機構聯合成立的人工智能，互聯網和腦科學交叉研究機構。

未來智能實驗室的主要工作包括：建立AI智能系統智商評測體系，開展世界人工智能智商評測；開展互聯網（城市）云腦研究計劃，構建互聯網（城市）云腦技術和企業圖譜，為提升企業，行業與城市的智能水平服務。