2022年的30個燒腦難題

文 / 本刊記者 段永利

6月27日，在第二十四屆中國科協(xié)年會閉幕式上，中國科協(xié)將遴選出的10個前沿科學問題、10個工程技術(shù)難題和10個產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題進行公開發(fā)布，推動優(yōu)化科技發(fā)展戰(zhàn)略布局，引領(lǐng)科技創(chuàng)新趨勢和科研攻關(guān)方向。

為充分動員廣大科技工作者和戰(zhàn)略科學家研判重大前沿科技問題，找準科技創(chuàng)新突破口，中國科協(xié)持續(xù)開展2022重大科學問題、工程技術(shù)難題和產(chǎn)業(yè)技術(shù)問題征集發(fā)布系列活動。此次活動共收到107家全國學會和學會聯(lián)合體、8家領(lǐng)軍企業(yè)、科研機構(gòu)和企業(yè)科協(xié)，以及75個境外組織或?qū)＜夜餐扑]的649個問題難題。

在復(fù)選階段，112位院士專家從前沿性、引領(lǐng)性、創(chuàng)新性、戰(zhàn)略性等方面嚴格把關(guān)，遴選出60個問題難題進入終選，最終評選出30個重大問題難題。

對科學發(fā)展具有導(dǎo)向作用的 10 個前沿問題

1 如何早期診斷無癥狀期阿爾茨海默??？

全球疾病負擔數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2050年，全球癡呆癥患者將達到1.5億人，阿爾茨海默?。ˋD）占全球癡呆癥病例的60%至70%，是21世紀的主要健康挑戰(zhàn)之一。這種病一般包含臨床前期（無癥狀期）、輕度認知功能障礙、癡呆期三個階段，導(dǎo)致此病的神經(jīng)退行性病變是漸進的，通常在病癥出現(xiàn)前的10～15年，患者腦內(nèi)就開始發(fā)生病理變化，此時為治療最佳時期，但那時患者幾乎覺察不到。因此，找到這一時期診斷的標志物并進行干預(yù)，是降低我國阿爾茨海默病發(fā)生的最根本方法，具有重要的社會和經(jīng)濟效益。

2 如何實現(xiàn)可信可靠可解釋人工智能技術(shù)路線和方案？

人工智能的發(fā)展方向是可信賴性，包含安全、隱私和透明、可解釋等問題，其最核心的問題就是人工智能的可解釋性，它要求對人工智能系統(tǒng)的技術(shù)過程和相關(guān)的決策過程給出合理解釋，技術(shù)可解釋性要求人工智能做出的決策可以被理解和追溯。在對人類社會問題造成重大影響時，亟須人工智能系統(tǒng)的決策過程有合理可信可靠的解釋，以便提前預(yù)判與合法的控制，這是未來人工智能研究的一個十分重要的方向問題。

3 如何實現(xiàn)原子尺度精準制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控構(gòu)建未來信息功能器件？

隨著未來信息器件向更小尺寸、更低功耗、更高性能的方向發(fā)展，在逼近“有限個原子”尺度時，量子效應(yīng)凸顯，經(jīng)典半導(dǎo)體物理不再適用。極限尺寸材料和器件的可控制備及物性調(diào)控都需要在新材料、新技術(shù)和新物理等方面展開前沿研究和相關(guān)知識儲備。研究基于原子尺度精準制備和結(jié)構(gòu)調(diào)控的新原理和新材料、發(fā)展信息器件構(gòu)筑及功能調(diào)控的新方法和新技術(shù)，將在低維材料和原子制造領(lǐng)域促進和加強我國的核心競爭力與國際話語權(quán)，可以為國家提供面向未來原子制造時代的人才儲備、技術(shù)支撐和科學研究基礎(chǔ)，搶占新一代制造領(lǐng)域的國際戰(zhàn)略高地。

4 新污染物治理面臨何種問題和挑戰(zhàn)？

隨著工業(yè)快速發(fā)展和各類化學品的大量生產(chǎn)使用，一些新污染物對公眾健康和生態(tài)環(huán)境的危害正逐步顯現(xiàn)。5月24日，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《新污染物治理行動方案》，對新污染物治理工作進行了全面部署。因此，“十四五”期間對新污染物的治理已成為生態(tài)環(huán)境保護工作的重點，也是未來生態(tài)環(huán)境治理的重要內(nèi)容。治理之所以難，難在新污染物具有風險比較隱蔽、環(huán)境持久性、危害比較嚴重、來源廣泛性、治理復(fù)雜的特點。

新污染物治理，如何發(fā)力？基于環(huán)境風險篩查和評估考量，新污染物治理應(yīng)納入化學物質(zhì)環(huán)境管理體系，遵循全生命周期環(huán)境風險管理基本理念，精準識別各類物質(zhì)管控重點，充分結(jié)合經(jīng)濟社會條件，將風險管理理念貫穿生態(tài)環(huán)境管理，在“篩、評、控”和“禁、減、治”上下功夫，逐步實現(xiàn)分類、分級、分階段、分區(qū)域的科學化、精準化、務(wù)實化治理。

5 如何實現(xiàn)自動、智能、精準的化學合成?

目前， 人工智能在推動合成化學的自動化與智能化等方面開始發(fā)揮重要作用。這一技術(shù)一旦實現(xiàn)并大規(guī)模應(yīng)用，不僅將改變傳統(tǒng)實驗科學面貌，將研究人員從大量重復(fù)性工作中解放，大幅提高研發(fā)新型功能分子和材料的效率，而且將對相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生顯著積極影響，但也可能給國家安全帶來新挑戰(zhàn)（合成化學武器）。

6 如何整合多組學對生物的復(fù)雜性狀進行研究？

該問題在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)上，可以解析重要的農(nóng)藝性狀、經(jīng)濟性狀形成的分子機制，從而指導(dǎo)相關(guān)的生物育種，助力國家種業(yè)發(fā)展；另一方面，通過多組學的分析，可以對動植物的生產(chǎn)性能精準評估，指導(dǎo)生產(chǎn)，促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

7 能否實現(xiàn)材料表面原子尺度可控去除？

微觀磨損不僅是微/納機電系統(tǒng)應(yīng)用中的關(guān)鍵問題，而且是納米制造的共性基礎(chǔ)問題。當前微觀磨損研究注重材料磨損性能的表征，缺乏對原子級材料去除機理的深刻認識。

8 如何全方位精準評價城市綜合交通系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施韌性？

城市綜合交通系統(tǒng)及基礎(chǔ)設(shè)施韌性是關(guān)系到城市整體發(fā)展效率和安全水平的科學問題，應(yīng)提前謀劃，建立評價指標體系，實現(xiàn)全生命周期的精準量化評價，將有助于提升綜合交通應(yīng)急保障技術(shù)水平，保障社會經(jīng)濟快速穩(wěn)定發(fā)展。

9 宇宙中的黑洞是如何形成和演化的？

黑洞是宇宙中最神秘的天體。隨著對恒星級黑洞、超大質(zhì)量黑洞、中等質(zhì)量黑洞觀測的日益豐富，傳統(tǒng)的黑洞形成和演化理論受到了挑戰(zhàn)。宇宙中的黑洞究竟是如何形成和演化的？探究這一問題有望孕育重大的科學機遇和突破。

10 制約海水提鈾的關(guān)鍵科學問題是什么？

非常規(guī)鈾資源中海水是重要和具應(yīng)用前景的資源之一，但海水提鈾技術(shù)仍面臨著眾多挑戰(zhàn)，迫切需要研發(fā)新型高效提鈾材料，創(chuàng)新工藝方法，加速推動實現(xiàn)海水提鈾，為核能事業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供充足核原料。

對工程技術(shù)創(chuàng)新具有關(guān)鍵作用的 10 個難題

1 如何突破我國深遠海養(yǎng)殖設(shè)施的關(guān)鍵技術(shù)？

突破深遠海養(yǎng)殖設(shè)施面臨的瓶頸問題，符合我國漁業(yè)發(fā)展重大需求。發(fā)展深遠海養(yǎng)殖對于拓展養(yǎng)殖海域，減輕環(huán)境壓力，加快推進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要意義。

2 如何實現(xiàn)我國煤礦超大量三廢（固、液、氣）低成本地質(zhì)封存及生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展？

西北陜甘寧蒙疆地區(qū)是我國最重要的煤電化基地，礦山固廢、廢水、廢氣（二氧化碳）大量排放，但目前處理方式存在規(guī)模小、成本高、地面存放難等問題，亟須尋找新途徑（如深部咸水層、采空區(qū)等），實現(xiàn)礦山三廢的特大量、低成本地質(zhì)封存與生態(tài)環(huán)境協(xié)同發(fā)展，同時可建立系統(tǒng)封存理論與耦合體系，有效降低三廢處理成本。

3 如何創(chuàng)建心源性休克的綜合救治體系？

心源性休克作為循環(huán)系統(tǒng)最嚴重的臨床綜合征之一，嚴重威脅國民健康，而且?guī)砭薮筢t(yī)療負擔。創(chuàng)建心源性休克綜合救治體系，有助于優(yōu)化心源性休克臨床診療路徑，制定心源性休克精準化治療策略，為我國心源性休克臨床指南奠定基礎(chǔ)。

4 如何實現(xiàn)全固態(tài)鋰金屬電池的工程化應(yīng)用？

全固態(tài)鋰金屬電池的工程化應(yīng)用屬于世界性難題，解決此問題意義重大。它不僅能夠極大地滿足人們對高能量密度、高安全性電化學儲能系統(tǒng)的需求，有效地推進我國低碳環(huán)保經(jīng)濟發(fā)展模式，更可穩(wěn)固我國在電化學儲能領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，防范未來產(chǎn)業(yè)鏈風險。

5 如何實現(xiàn)高精密復(fù)雜硬曲面隨形電路？

復(fù)雜硬曲面隨形電路技術(shù)因為其前沿性和革命性而成為全球關(guān)注的焦點，由此催生的曲面電路必會引領(lǐng)電子、電氣、通信領(lǐng)域的顛覆式發(fā)展機遇，并進一步催生千億級“藍?！笔袌?。

6 如何突破高原極復(fù)雜地質(zhì)超長深埋隧道安全建造與性能保持技術(shù)難題？

該難題致力于構(gòu)建強構(gòu)造活動區(qū)隧道工程安全風險防控與結(jié)構(gòu)性能保持的理論與技術(shù)體系。比如，川藏鐵路隧道密集，該難題的解決，對構(gòu)建西藏地區(qū)完善的鐵路、公路網(wǎng)，推進藏區(qū)長足發(fā)展和長治久安具有重大意義。

7 如何解決高溫跨介質(zhì)的熱/力/化學耦合建模與表征難題？

高溫跨介質(zhì)熱/力/化學耦合問題是我國未來高速飛行器、深空探測器及先進動力系統(tǒng)等重要型號面臨的共性基礎(chǔ)性問題，該項研究有望在微觀作用機制及跨尺度的耦合行為的基礎(chǔ)理論和建模方面取得重大突破。

8 如何從低品位含氦天然氣中提取氦氣？

氦氣是重要戰(zhàn)略稀有氣體資源，也是嚴重的“卡脖子”氣體。我國氦氣藏品位低、提取困難，發(fā)展面向貧氦天然氣的低成本提氦技術(shù)對保障我國氦資源安全具有重要意義，其關(guān)鍵突破點是開發(fā)多級微孔高性能天然氣提氦離子膜材料。

9 如何利用遙感科技對地球健康開展有效診斷、識別與評估？

地球健康診斷、評估與識別是人類可持續(xù)發(fā)展和構(gòu)建人類命運共同體的關(guān)鍵，需要進一步發(fā)揮遙感綜合、動態(tài)、快速、大范圍獲取數(shù)據(jù)等優(yōu)勢，開展土地覆蓋調(diào)查、土地利用精細識別、農(nóng)田作物品種分類與病蟲害監(jiān)測、林地草地健康診斷；河道水體富營養(yǎng)化監(jiān)測、湖泊水質(zhì)污染研究；礦山生態(tài)恢復(fù)、森林采伐監(jiān)測、草地退化監(jiān)測；大城市溫室氣體排放監(jiān)測、植被“碳匯”精準評估、中等城市土地利用變化檢測、集鎮(zhèn)聚落信息提取等各項“體檢”項目。

10 如何實現(xiàn)極大口徑星載天線在軌展開、組裝及建造？

該問題的解決不僅可以極大提升我國空間裝備能力，同時可以引領(lǐng)空間科學技術(shù)的跨越式發(fā)展。其重大突破點包括空間極大型天線機電熱綜合設(shè)計技術(shù)、航天器載荷平臺一體化技術(shù)、超柔性空間結(jié)構(gòu)動力學分析與振動控制技術(shù)等。

對產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有引領(lǐng)作用的 10 個問題

1 如何建立細胞和基因療法的臨床轉(zhuǎn)化治療體系？

惡性腫瘤診治是醫(yī)療領(lǐng)域的重大難題之一，細胞治療在多個領(lǐng)域表現(xiàn)出良好的前景。但因為細胞藥物制備及質(zhì)控困難，大大降低了其臨床應(yīng)用。細胞藥物的制備和質(zhì)控如何去中心化和自動化、封閉化，將是整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。

2 如何實現(xiàn)存算一體芯片工程化和產(chǎn)業(yè)化？

實現(xiàn)存算一體芯片突破，將極大推動工程化、產(chǎn)業(yè)化進程，提升產(chǎn)能規(guī)模，有效滿足各行業(yè)算力需求，助力數(shù)智化轉(zhuǎn)型和人工智能芯片自主可控，打造低碳高效綠能算力網(wǎng)絡(luò)。

3 碳中和背景下如何實現(xiàn)火電行業(yè)的低碳發(fā)展？

碳中和背景下，電力行業(yè)特別是燃煤、燃氣機組等火電行業(yè)的碳減排任務(wù)艱巨，研究火電行業(yè)在“碳捕集、利用與封存”技術(shù)支撐下的綠色發(fā)展，對我國未來的能源穩(wěn)定、電力系統(tǒng)安全長效發(fā)展十分必要。

4 如何通過標準化設(shè)計，自動化生產(chǎn)，機器人施工和裝配式建造系統(tǒng)性解決建筑工業(yè)化和高能耗問題？

突破現(xiàn)有建筑業(yè)建造模式和能耗減量瓶頸，將為我國建筑業(yè)向工業(yè)化、低排放全面轉(zhuǎn)型奠定堅實的技術(shù)基礎(chǔ)，對我國建筑業(yè)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。

5 如何發(fā)展自主可控的工業(yè)設(shè)計軟件？

我國是制造業(yè)大國，但在工業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計方面，嚴重依賴于國外工業(yè)設(shè)計軟件，缺少自主可控、性能優(yōu)越的工業(yè)設(shè)計軟件。存在“卡脖子”風險，使我國的工業(yè)發(fā)展在研發(fā)設(shè)計環(huán)節(jié)即受制于人，在向制造強國、工業(yè)強國發(fā)展過程中面臨基礎(chǔ)性瓶頸。

6 如何利用多源數(shù)據(jù)實現(xiàn)農(nóng)作物病蟲害精準預(yù)報？

該問題是限制傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代化、智能化生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)型升級的瓶頸，一旦突破將使我國農(nóng)作物病蟲害防控做到有的放矢、變被動為主動，有效提高病蟲害防治效率和效果，節(jié)省人力物力、減少環(huán)境污染，帶來生產(chǎn)方式的革新。

7 如何采用非石油原料高效、安全地合成己二腈？

己二腈主要通過丁二烯氰化法合成，使用劇毒的氰化氫，并使用來自石油的丁二烯原料。我國的石油資源并不豐富，采用該技術(shù)合成己二腈，會受制于原油行情。以非石油原料合成己二腈，能夠突破資源限制，有重要的戰(zhàn)略意義。

8 小麥莖基腐病近年為什么會在我國小麥主產(chǎn)區(qū)暴發(fā)成災(zāi)，如何進行科學有效地防控？

小麥為我國重要的糧食作物，在國家糧食安全中占有十分重要的地位。小麥莖基腐病目前已經(jīng)成為我國小麥主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)上的重大問題，對小麥安全生產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅。本問題解決后，將為我國小麥豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)和國家糧食安全奠定堅實基礎(chǔ)，具有重大的經(jīng)濟、社會效益。

9 如何研制大型可變速抽水蓄能機組？

基于我國能源發(fā)展戰(zhàn)略及電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略中對靈活調(diào)節(jié)電源的強烈需求，有必要快速突破“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，推動可變速抽水蓄能機組國產(chǎn)化和示范推廣應(yīng)用，降低可變速抽水蓄能機組造價?？勺兯俪樗钅墚a(chǎn)品的工程應(yīng)用，可以帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)升級，提高我國水電工程技術(shù)整體水平，優(yōu)化國家能源結(jié)構(gòu)，并實現(xiàn)能源綠色、安全、高質(zhì)量發(fā)展。

10 如何突破滿足高端應(yīng)用領(lǐng)域需求的高品質(zhì)對位芳綸國產(chǎn)化卡脖子技術(shù)？

對位芳綸國產(chǎn)化技術(shù)的實現(xiàn)，對于引領(lǐng)材料工業(yè)升級換代，填補國內(nèi)對位芳綸高端產(chǎn)品的空白，滿足國防軍工需要具有重要意義。