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根云-工業趨勢分析
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2019年或許會很不平常，只因2018年世界主要國家之間關系風云變幻，讓科技領域也彌漫著暗戰的味道。
美國制定一系列政策維護其“美國優先”，英國投巨資保持其“全球研究人才之家”地位，德國也出臺了《高科技戰略2025》報告……具體到各學科領域，跨界聯合漸成趨勢，行業布局合縱連橫。
值此新年伊始，總結過去能幫我們更好地面對未來。
科技政策
美國：推出多項科技戰略，開啟量子“登月計劃”
基于“美國優先”理念，美政府2018年相繼推出太空、生物、網絡等多項科技戰略；在具體項目上簽署國家量子法案等，力圖繼續鞏固美國科技優勢地位。
2018年3月公布的《國家太空戰略》將保持美在太空中的實力和競爭力置于優先地位；特朗普在5月和6月接連頒布兩個太空政策指令：一方面鼓勵私營部門參與美國空間探索任務；另一方面聲稱要減少太空軌道碎片威脅，力圖主導國際空間交通管理。
2017年9月發布的《國家生物防御戰略》為維護美國生物安全制定5大目標，并要求成立高規格生物防御指導委員會，負責監督和協調聯邦機構和情報界的工作，評估和打擊針對美國的生物威脅。9月還出臺了《國家網絡戰略》，提出未來在網絡空間鞏固美國利益，維護網絡安全的優先選項，同時明確美將在網絡空間擴張其國際影響力的意圖。
在具體科研項目上，美政府推出了一系列政策。如12月發布的國家量子法案，全方位加速量子科技的研發與應用，開啟量子領域的“登月計劃”，力圖確保美在量子信息科學這一“下一場技術革命”中的全球領導地位；同月，特朗普還簽署總統備忘錄，責成相關部門制定國家頻譜戰略，以引導美國未來幾年的5G網絡建設。
英國：啟動研究創新計劃，支持前沿技術發展
英國國家科研與創新署（UKRI）去年6月啟動“未來領導者研究基金計劃”，旨在保持英國作為“全球研究人才之家”的地位。該計劃將在未來11年獲得總額9億英鎊的資助，3年內將啟動6項資助，至少550名研究人員受益。
英國自去年7月發布了一系列支持自動駕駛汽車、車聯網、清潔能源車輛等技術發展的計劃。《移動未來》《最后一英里》等文件，將清潔能源車輛、自動駕駛、車聯網等列為未來交通發展的重要趨勢。政府決定撥款支持6個自動駕駛汽車相關研發項目。
為支持量子技術發展，英政府2018年10月在2019年預算報告中提出，將撥款2億多英鎊；同年11月宣布將撥款2000萬英鎊，支持量子傳感器、微型原子鐘原型、低成本集成芯片和先進接收機等4個量子技術應用項目的研發，以開發適用于通信、測繪等領域的設備原型。
為應對氣候變化，英政府11月宣布，本世紀20年代中期將投入運營首個碳捕捉、儲存以及利用項目，準備工作從2019年啟動，最終目標是到2030年在英國大規模應用碳捕捉技術。
德國：出臺高科技戰略，加大AI戰略實施
2018年德國科技政策最重要的內容之一是出臺《高科技戰略2025》報告，為德國未來七年高科技創新制定了目標。根據這項戰略，德國將在零排放智能化交通領域，推動“安全、網絡化清潔交通”的燈塔項目，并支持車用電池生產和合成燃料研究，還將實施一項“自動駕駛”行動計劃。在健康和護理領域，實施“國家十年”抗癌計劃，為“預防和個性化醫療”開發數字解決方案；在可持續氣候保護和能源領域，大幅減少塑料使用對環境的污染，借助大數據和綠色技術，進一步實現工業溫室氣體中性化；在數字安全領域，將開發“全新的整體IT安全解決方案”，其中量子通信將發揮重要作用；在自動化和先進制造領域，將建立若干卓越中心和尖端研究集群。
作為歐盟內經濟和科技實力最強國家，2018年德國在人工智能（AI）領域加大了政策推進力度。德政府宣布到2025年將投入30億歐元用于人工智能戰略的實施，重點資助在人工智能領域新增100名教授和擴展人工智能中心的建設，新的技術將更貼近服務中小新型企業。政府還發表了《聯邦政府人工智能戰略關鍵點》《人工智能對德國經濟潛在目標》研究報告，舉辦首次人工智能峰會，推進德國人工智能合作平臺的運作。德國確定將重點發展人工智能在工業、交通、醫療和能源領域的研發和應用，另外還將加強人工智能在隱私、法律和道德影響方面的研究，關注新技術的兩面性和制定法律框架。
日本：重視科技解決問題，致力“社會5.0”計劃
日本為實現“社會5.0”（Society 5.0）計劃，充分利用物聯網、大數據、人工智能及機器人等技術，實現網絡空間與現實世界高度融合的社會，為有需求的人及時提供物質和服務。為此，日本強調利用科學技術解決包括能源制約、少子高齡化等復雜問題，進一步加強基礎力量，力圖使日本成為“世界上最適宜創新的國家”。
不過，2018年，日本也已意識到科學論文數量減少，以及與其他國家論文數增加相比排名落后的現象。文部科學省所屬科學技術學術政策研究所報告稱，化學（-12%）、材料科學（-23%）、物理學（-27%）領域的論文減少幅度驚人。、
韓國：改革體制出臺計劃，力爭科技創新國家
“第四次工業革命引領的創新國家”執政理念成為文在寅政府科技和產業政策的基調。2018年，韓對科技體制進行大刀闊斧的改革和調整，新設總統直屬的“第四次工業革命委員會”，整合成立國家科學技術咨詢會議，科技主管部門“未來創造科學部”更名為“科學技術信息通信部”，賦予科研預算管理、大型科研項目可行性分析等重要職權，“中小企業廳”升格為“中小風險企業部”，加強對中小企業和風險企業的支持。
去年初發布的《第四期科學技術基本計劃（2018—2022）》是韓國第四個科學技術五年計劃，以“科技改變國民生活”為主旨，對今后五年科技重大戰略進行了具體規劃。計劃選定了120個重點科技項目，其中人工智能、智慧城市、3D打印和大氣污染治理等12項為首次入選。
同期發布的《2019政府研發投資創新方案》明確了科研預算的使用原則，對重點領域和主要研發計劃、政府資金的扶持方向等進行了細化，突出了12個政府主導的重點研發方向。
俄羅斯：強調科技發展新理念，建設世界級科教中心
俄總統普京在去年3月國情咨文中闡述了俄科技發展新理念和主要思路，包括最短時間內創建先進立法框架、實施第五代數據傳輸網絡和物聯網連接建設、建立本國數字平臺及使用區塊鏈技術、加快北極開發、加強基礎科學研究、加強青年科技人才培養等13個主要方面。
普京5月簽發“五月法令”，確定了2024年前國家發展目標，要求俄聯邦政府在2024年前建設至少15個世界級科學與教育中心。同月，普京批準俄聯邦教育科學部改組為兩個部門，其中，負責國家科學、科技和創新活動的俄聯邦科學和高等教育部，將擁有原聯邦科研機構管理署的職能，負責俄科學院管理工作。
南非：出臺科技創新政策，加速驅動經濟增長
南非科技部去年9月公布新的《科學技術與創新》政策草案，并提交內閣會議最后審定。新的科技政策白皮書側重兩個主要目標：一是確保南非科技創新工作直接為經濟增長、社會發展和轉型服務；二是應對全球技術快速進步和其他變化帶來的風險和機遇。南非政府認為，新的科技政策將確保科技創新在建設一個更加繁榮和包容的社會中發揮更大的作用，并側重于利用科技創新加速包容性經濟增長，使經濟更具競爭力。
南非政府在白皮書中強調，要為人工智能和信息通信技術的進步改變社會和經濟運作方式做好準備，南非需要在生物技術、納米技術、先進制造以及信息通訊技術研究和創新等領域取得進展。
德國先進汽車制造研發園ARENA2036。圖片來自網絡
信息技術
美國：先進計算加速發展，新型元件成績斐然
量子計算方面，英特爾公司2018年1月宣布開發出49量子位測試芯片Tangle Lake。此后科學家不斷推出新研究成果：證明“自旋—光子強耦合”可讓單獨量子比特相互作用、制造出可作量子中繼器的有瑕人造鉆石、構建模塊化量子計算架構關鍵組件、開發出使碳納米管成為量子單光子源的方法等，有力推動了量子計算系統的開發。美國國家科學技術委員會9月發布《量子信息科學國家戰略概述》，志在推動量子信息科學加速發展。
超級計算機方面，“頂點”和“山脊”兩臺計算機在最新一期全球超級計算機500強榜單中分獲冠、亞軍，極大增強了美在超算競爭中的底氣；能源部4月推出耗資18億美元的百億億次級超級計算機開發計劃，更表明美追求超算領域國際領導地位的決心。
此外，美科學家在計算機元器件研發方面也成績斐然。可將數據中心帶寬提高10倍的光電子芯片、具有精準分發光信號能力的硅芯片、基于內存計算技術的AI芯片、可同時存儲和處理信息的記憶晶體管等新型元器件的問世，為新型計算機開發打下了堅實基礎。
日本：量子技術全面進步，存儲理論有新突破
大阪大學、NTT和東京大學的研究小組首次驗證了由冷卻原子構成的量子存儲器與光纖網絡構成可通信波段光子的量子網絡。該研究成果展示了一條實現量子中繼的新道路，為實現量子網絡的遠程化開辟了新途徑，具有抵御利用量子計算機實施的黑客攻擊能力的新一代量子密碼安全通信又向遠程化邁出了一步。
橫濱國立大學利用金剛石中氮空位中心的電子和核子的自旋作為量子比特，全球率先成功實現了室溫下完全無磁場的條件下的萬能量子門操作。這種獨特的量子比特完整量子門操作被命名為幾何學量子比特，能以更高的速度進行高精度運算。
日本理化學研究所和北海道大學等組成的聯合研究小組，發現在沒有外部磁場的狀態下也會產生磁渦旋，并查明了磁渦旋的形成機制。科學家有望以此為基礎，研發以磁渦旋為信息載體的磁存儲單元。
德國：量子計算重點發力，基礎研究瞄準未來
2018年，德國在量子計算機領域又有新的進展，康斯坦茨大學領銜的團隊開發出了一種基于硅雙量子位系統的穩定的量子門，這項研究成果被稱為通向量子計算機的里程碑；弗勞恩霍夫應用固體物理研究所開發出了一種微磁場下應用的量子傳感器，可用于未來計算機硬盤識別。
在信息技術基礎研究領域，卡爾斯魯厄理工學院的研究團隊開發出了完全由金屬構成的單原子晶體管，為未來信息技術開辟了新的應用前景；凱澤斯勞滕技術大學科學家首次展示了如何在集成振幅回路中使磁子形成電流，這一研究打開了未來磁子芯片的大門。
英國：擬建5G測試平臺，超級計算模擬人腦
2018年9月，英國政府宣布，將以西米德蘭茲地域的伯明翰、考文垂、伍爾弗漢普頓3個城市為中央，設立相關測試平臺，以建設較大規模的5G試點網絡。
11月初，英國曼徹斯特大學科學家激活了世界上最強“大腦”——一臺擁有100萬個處理器內核和1200個互連電路板的超級計算機，它能像人腦一樣運作，是迄今最準確模擬人腦的超級計算機。
韓國：基礎設施位居前列，技術研發多有亮點
信息技術是韓國的優勢領域。韓國的信息技術基礎設施繼續位居前列。2018年年初平昌冬奧會之前，韓國建成了大規模5G試驗網絡，預計于2019年初期實現商用化，這一計劃進展迅速。
在量子計算領域，韓國學者開發出一種量子弱測量方法，克服了海森堡不確定原理的限制，可以有效應用于量子計算機的運算過程。韓國企業成功研發出處理器“Exynos9”，其搭載了借鑒人類大腦結構的新概念人工智能芯片，可用于手機終端并行處理大量多媒體數據。韓國開發的廣視角全息圖像技術將信息儲存量提升了100倍。
俄羅斯：量子計算蓄勢待發，超級計算獲得突破
2018年，俄加大對量子計算機和量子通信技術的研發力度：2月在索契召開的“2018俄羅斯投資論壇”期間，俄對外經濟銀行、VEB創新公司、前景研究基金會、莫斯科國立大學和非營利組織“數字經濟”簽署協議，計劃在5年內研制出50個量子比特的量子計算機；莫斯科物理技術學院科研團隊選取碳化硅作為量子發射材料，研發出新型量子發射器，每秒可發射幾十億個單量子，可保證G量級的比特傳輸速度，未來可用于構建信息安全性更高的量子通信網絡。
超級計算機方面，俄杜布納聯合核子研究所3月建成了新型超級計算機“格沃倫”，其理論浮點運算峰值為每秒1000萬億次（單精度）或500萬億次（雙精度）。
2018年超級計算機冠軍。圖片來自網絡
人工智能與先進制造
美國：AI應用擴大需警惕風險，3D打印技術潛力可期
2018年美國在人工智能領域依然占據全球領先地位，科學家開發出多種新算法，達成創建“可視化”人工神經網絡、追蹤動物運動及行為、識別地震后余震出現地點、預測基因組修復結果等目標，逐步推動人工智能向前發展。
同時，人工智能應用范疇逐漸擴大，尤其是在醫療領域，食品和藥物管理局首次批準利用人工智能的醫療設備上市銷售，讓人們對醫療領域人工智能應用充滿期待。而2000多名人工智能領域專家共同簽署《禁止致命性自主武器宣言》，揭示人工智能發展可能帶來的道德及現實風險，則再次警示世人應理性發展人工智能。
借助新材料、人工智能等技術的進步，3D打印為代表的先進制造技術穩步發展。《增材制造標準化路線圖2.0版》的推出，為美制定相關技術標準奠定堅實基礎。而可直接在皮膚上進行3D打印的技術的出現，可跟蹤和存儲使用方式的3D打印器件的研發，以及3D打印生物工程脊髓、磁活化材料等成果，都表明3D打印技術潛力仍在。此外，利用光熱合成石墨烯納米帶、利用聲波制造超微型光二極管、從聚合物化學反應中獲取能源制造聚合物等新技術的出現，為美未來先進制造進一步發展奠定了基礎。
德國：“工業4.0”戰略持續推動，制造業更智能更高效
智能制造在汽車工業的應用是德國工業4.0戰略的重要領域，2018年在聯邦教研部的資助下，學院、科研院所與企業合作，在大學內創建了研發園ARENA2036，探索汽車先進制造和輕質結構及測試問題。未來的制造將不再是同質和線性，工廠需要滿足更多個性化的需求。
德國弗勞恩霍夫協會所屬研究所研發的ANNIE移動操作平臺適用于人與機器人協作的復雜生產場景，該平臺具有感知、導航、安全、軟件架構和交互等功能，擁有認知能力的機器人可以獨立地執行任務。
為了降低能耗，提高設備使用效率，弗勞恩霍夫研究所IFF開發了可分析預測電負荷曲線的方法“FlexChem”，通過軟件的分析和高峰負荷預測，可大大降低制造成本，并能在利用可再生能源時確保電網的穩定性。
日本：驗證AI設計材料實用性，制成低噪音有機晶體管
2018年3月，富士通株式會社和日本理化學研究所宣布，他們的聯合研究小組在材料設計中應用第一原理計算與人工智能技術，對全固態鋰離子電池的固體電解質組成實施了預測、合成與評價試驗，并進行了實際驗證。此外，水戶市與NEC啟動實驗，利用人工智能提高辦公效率和加強內部治理。
日本東北大學等確立鐵—鎵（Fe—Ga）單晶板材的低成本量產技術。作為磁致伸縮材料之一的鐵—鎵單晶是一種非常優異的能量轉換材料，是小尺寸、高輸出和高靈敏度的振動發電元件的基礎材料。振動發電如果走向實用化，就能實現不使用紐扣電池和干電池的無線通信模塊，便利性將大幅提高。
東京大學將有機半導體制成墨水，利用印刷技術，成功制作出了全球噪聲最低的有機晶體管，有望提供實現物聯網社會所需的低成本、高靈敏度傳感器件。
俄羅斯：拓展人工智能應用，4D雷達用于無人駕駛
俄科學院科拉科學中心建立了礦物成分評估人工神經網絡，通過學習，神經網絡僅憑礦樣的化學成分即可確定其礦物成分，并自動生成三維礦產資源圖；俄羅斯和以色列合作，使用人工智能來準確診斷和治療心律不齊；俄法律從業公司推出基于人工智能的機器人律師，其神經網絡建立在世界最大的10萬個法律問題數據庫上，能解答超過2000個問題。
俄施瓦布集團公司下屬企業研發出一款3D眼鏡，集識別目標、判定所處方位及操控機器人等功能于一體，可顯著提高操控機器人的精度。
無人駕駛方面，認知技術公司宣布成功研制出世界首臺4D雷達。與激光雷達不同，4D雷達可在惡劣的天氣條件下工作，創建道路場景的四維地圖并提高數據更新頻率，以更高的精度識別移動物體。
韓國：設立人工智能基金，開發軟體機器人和機械臂
信息通訊公司與智能手機企業聯手推出了使用物聯網技術的折疊式電動自行車“AIR i”；三星電子建立了人工智能專項基金“Q基金”。不過，也有國際著名學者質疑韓國科學技術院推進人工智能武器研究的做法。
韓國大學團隊開發出使用仿真皮電子皮膚的軟體機器人，該電子皮膚在硅膠類物質中安裝芯片與電路，機器人可通過便捷的操作完成自由且連續的動作。韓國研究小組借鑒折紙技術成功開發出了可大幅伸長同時能夠保持強度的“加杰特”超級機械臂。
“帕克”太陽探測器。圖片來源：NASA官網
能源環保
美國：新能源成果突出，生態安全備受重視
2018年，美政府在大力推動傳統能源產業發展的同時，持續加大對太陽能、核能、地熱能、生物能等新能源領域的研發投入。
眾多新能源領域中，新型電池研發成果引人注目。750次充電/放電循環后仍能正常工作的新型鋰空氣電池、容量大且壽命長的可充電水基鋅電池、靠細菌發電的低成本紙基生物電池等成為電池中的新星。而在提高現有電池性能方面，科學家也取得不少成果。他們將有機太陽能電池的光電轉化效率提高至15%，將鋰離子電池的容量提高了40%。布朗大學開發的新型燃料電池反應合金催化劑，在活性和耐久性方面更是超過了能源部2020年車用電催化劑技術指標。
在維護生態環境安全方面，盡管政府最新氣候評估報告稱，氣候變化將給美國帶來多重傷害，但并沒有說服特朗普總統。科學家依然不遺余力游說，不僅發文稱美墨邊境墻會嚴重危害地區生物多樣性，還對歐洲將木材作為低碳燃料的政策提出質疑。在具體研究方面，甲烷溫室效應的證實、金屬鉍“催化可塑性”的發現、可再生可降解乳蛋白包裝材料的開發等成果，都成為保護全球生態環境安全的助推劑。
日本：鋰電池負極大容量化，制氫系統投建
大容量不劣化的鋰電負極研發成功。日本產業技術綜合研究所新開發出了一種鋰離子電池使用的負極，容量約為目前主流的石墨負極（372mAh/g）的5倍，與一氧化硅的理論容量基本一致。新開發的電極在反復充放電200多次后，容量依然沒有變化，確認具備大容量、長壽命的特性。利用此次開發的電極有望提高負極的能量密度，推動鋰離子二次電池實現大容量化和小型化。
世界最大規模利用可再生能源的制氫系統在福島投建。2018年8月，日本新能源產業技術綜合開發機構（NEDO）、東芝能源系統、東北電力及巖谷產業合作，開始在福島縣浪江町建設利用可再生能源制氫的氫能源系統“福島氫能源研究站”，系統裝置具備世界最大規模的1萬千瓦制氫能力。利用該系統制造的氫預定用于燃料電池發電用途及燃料電池車和燃料電池巴士等交通用途，或者作為工廠的燃料使用。
氫燃料發動機實現大功率、高熱效率、低排放。產綜研與日本岡山大學、東京都市大學、早稻田大學組成的研究小組，在小型發動機的基礎實驗中，利用氫燃料優異的燃燒特性確立了新的燃燒方式，開發出全球首款能實現高熱效率和低氮氧化物（NOx）的火花點火氫燃料發動機。
東海核燃料再處理設施報廢計劃獲批。日本“原子力規制委員會”2018年6月批準了由日本原子力研究開發機構提交的東海核燃料再處理設施報廢計劃，耗資1萬億日元，報廢時長預計將持續70年。
俄羅斯：大氣治理取得進展，核廢料和水處理有新法
大氣污染防治方面，俄羅斯國立秋明大學的科研人員研發出液滴懸浮約束方法，并可進行定量液滴有序成團，此項工作可用于大氣中污染物擴散機理的研究，制定生態災難預防性措施；托木斯克理工大學研究人員使用含有3%—10%有機雜質的工業用水和廢水，獲取了燃料氣溶膠，這種氣溶膠可用于快速點燃火力發電廠和鍋爐房的鍋爐，還可用于柴油發電機燃燒室以及汽車內燃機。
核廢料處理方面，俄科學院遠東分院化學研究所聯合俄遠東聯邦大學，正在研制新型納米結構吸附反應劑，該吸附劑可用于凈化俄遠東紅星造船廠內的放射性液體廢物；俄西伯利亞聯邦大學的科學家采用空化技術，讓位于乏核燃料儲罐底部密實的不溶性沉積層不斷受到空化—活化水酸性溶液侵蝕而被破壞，新技術將溶解速率和沉積物回收量提高至原來的1.5倍，制備出的含放射性化學廢物的水泥混合物強度是常規方法的2—3倍。
水處理方面，俄圣彼得堡理工大學的科學家使用高鐵酸鈉替代傳統的氯氣對自來水進行消毒，新試劑用量小，不會形成毒性分解物，還能將一些危險化學品分解成低毒化合物，同時殺死水中微生物；俄托木斯克工業大學能源工程學院研發出液滴爆炸粉碎式污水處理方法，可高效去除污水中的化學侵蝕性、毒性及燃料雜質，具有高效、低能耗的特點，適用于化工、石化、冶金、紙漿造紙等行業的污水處理。
德國：致力解決氣候和霧霾問題，開發儲存制取氫的新工藝
2018年德國大規模啟動了碳轉化學項目以解決氣候和霧霾問題，這個由贏創公司和西門子合作的項目，擬利用人工光合作用，將二氧化碳和水轉化為有用化學物質。按照計劃，到2021年將在魯爾區的馬爾化學工業園建成一個巨大的化學試驗裝置，預計每年可利用二氧化碳生產20000噸有用的化學品和燃料。該項目最終獲益的不僅是鋼鐵行業，還有化學和能源等行業。
德國尤利希研究中心和埃朗根—紐倫堡大學的研究人員合作，開發出了利用有機載體液和特殊催化劑，儲存和制取氫燃料的新工藝，可使原先裝卸氫燃料所需的兩個裝置簡化成一個裝置。這一新工藝將來應用于工業化儲氫和生產，將大大降低成本和能源消耗，對能源轉型具有重要意義。
不萊梅大學庫爾策教授領導的研究小組找到了一種解決地下水硝酸鹽污染的新方法，發現一種合成的多金屬氧酸鹽對于減少硝酸鹽水污染有特殊作用，這種納米結構物質在水中對硝酸鹽還原起電催化效果。
韓國：建成應對核泄露系統，提高鋰電池性能
2018年，韓國建成了迅速應對核泄露的“核輻射狀況信息共享系統”，在核能設施周邊29個地點探測放射能量泄露數據并迅速應對。
韓國大學成功開發出一種利用太陽光譜中紅光捕捉二氧化碳的技術，能夠將二氧化碳轉換成一氧化碳中間物質，從而生產燃料；此外，韓國還研發出了符合更高環保要求的氫氣制備技術。
韓國使用富鋰錳氧化物開發了一種兼具高電壓、高容量的黏合劑陽極材料，可大幅提高鋰二次電池的能量密度；同時，充電速度為現有鋰電池5倍、采用石墨烯球正極保護膜和負極材料的鋰二次電池也在韓國研發成功。
