2022十大科技前沿趋势

本刊编辑部

2021年，时代之变和世纪疫情相互叠加，世界进入新的动荡变革期。新冠疫情持续在全球肆虐，全球累计确诊新冠肺炎（COVID-19）病例超过2亿例，累计死亡病例超过500万人。我国经济持续稳定恢复，经济发展和疫情防控保持全球领先地位，但人类战胜大灾大疫离不开科学发展和技术创新，“最终战胜疫情，关键要靠科技”，打赢疫情防控人民战争、总体战、阻击战需要强大的科技支撑。

2022年，“奥密克戎”已扩散至全球各地，给世界经济带来严重冲击，世界主要国家纷纷向科技索要“答案”，试图实现科技“突围”。只有瞄准世界科技前沿，抓住大趋势，才能下好“先手棋”，把握科技创新主动权，抢占未来经济科技发展先机。基于此，《科技智囊》编辑部综合国内外研究成果，整理出2022年十大科技前沿趋势。

1

—虚实结合，融合多种技术的元宇宙—

2021年被称为元宇宙元年。2021年初，Soul App在行业内首次提出构建“社交元宇宙”;3月，被称为元宇宙第一股的罗布乐思（Roblox）正式在纽约证券交易所上市;8月，字节跳动大手笔收购VR創业公司Pico;10月，Facebook CEO宣布母公司更名为“Meta”，并将重心转向“元宇宙”;11月，微软CEO表示公司正在打造一个企业元宇宙。

元宇宙（Metaverse）的概念最早出现在1992年美国作家尼尔·斯蒂芬森的科幻小说《雪崩》（Snow Crash）中。所以，现在出现的元宇宙不是一个新的概念，而是一个经典概念的重生，是在扩展现实（XR）、区块链、云计算、数字孪生等新技术下的概念具化。元宇宙本身不是一种技术，而是一个理念和概念，它需要整合不同的新技术，如5G、6G、人工智能、大数据等，强调虚实相融。元宇宙本质上是对现实世界的虚拟化、数字化过程，需要对内容生产、经济系统、用户体验以及实体世界内容等进行大量改造。

2022年，元宇宙将借助扩展现实技术（VR和AR）提供沉浸式的体验，通过数字孪生，把现实世界镜像到虚拟世界里，创造出一个平行于现实世界的虚拟数字世界，利用区块链搭建虚拟世界的经济体系，使其与现实世界有着无限接近的体验。

2

—3D打印技术，助力骨骼移植—

3D打印技术，又称“增材制造”，是一种融合了计算机辅助设计、材料加工与成型技术、以数字模型文件为基础，通过软件与数控系统将专用的金属材料、非金属材料以及医用生物材料，按照挤压、烧结、熔融、光固化、喷射等方式逐层堆积，制造出实体物品的制造技术。

自20世纪90年代中期诞生以来，3D打印技术已经相对比较成熟，这为打印替代骨组织的“人工假体”带来了可能。骨组织功能相对简单，主要是起支撑作用，是最容易被成功替代的人体组织。3D打印跟传统的锻造、铸造相比，最大的优势是其由无数钛合金金属微粒熔融凝结而成，牢固又坚韧，可以满足骨头的支撑功能。同时，它可以模拟松质骨的结构，在假体中做出各种微孔。2022年，3D打印技术将更多地应用到定制骨骼，以后还可能出现3D打印的血管和心脏瓣膜。

3

—量子计算将突破NISQ时代限制—

量子计算机的应用范围很广，市场前景非常光明。2021年10月，中国科学技术大学潘建伟团队成功研制出66比特的可编程超导量子计算原型机“祖冲之2.0”，同时成功研制“九章二号”量子计算原型机;IBM希望在2022年实现433量子比特，2023年达到1000比特。量子计算可能会比预期更快地成为一种商业现实。

量子计算将突破NISQ时代限制。NISQ（Noisy Intermediate Scale Quantum）是由美国理论物理学家John Preskill在2017年提出的。NISQ表示的是中等规模带噪声量子器件。“中等规模”是指量子计算机量子比特数的规模，它将在未来几年内从50到几百个不等的规模发展变化。“噪声”强调的是人类并不能完美控制这些量子比特，因为它将严重限制量子器件在短期内实现可用的大规模量子比特的目标。在NISQ时代，量子计算机面临的挑战之一就是在较高“噪音”的水平下运行。

2022年，人类有望通过将量子计算机和经典计算机相结合，采用一种量子—经典混合算法——变分量子特征求解器，这有利于解决量子化学难题和执行数据分类任务。利用基于测量的量子处理器、引入量子传感器、使用量子假设检验3种不同的方式提升分类的准确性、增强算法的鲁棒性，探索可靠的量子机器学习。

4

—站在风口的虚拟数字人—

根据《虚拟数字人深度产业报告》，虚拟数字人指由计算机图形学、图形渲染、动作捕捉、深度学习、语音合成等计算机手段创造及使用，并具有多重人类特征（外貌特征、人类表演能力、人类交互能力等）的综合产物。虚拟数字人目前在各行业应用广泛，在教育行业，使用虚拟数字人技术录制课程;在广电行业，使用虚拟数字人技术进行一些主持工作;在医疗领域，使用虚拟数字人进行导医服务;在游戏行业，根据个人的语言习惯、操作规则、审美偏好等，定制智能虚拟主播等。

中国虚拟网红行业发展火爆，B站上每个月都有约4000多个虚拟主播开播。通过构建虚拟员工、虚拟主持人等角色，可以提供7×24小时的服务，减轻人工重复录制视频的工作，提高营业效率，大幅降低整体人力成本。根据《虚拟数字人深度产业报告》估计，到2030年我国虚拟数字人整体市场规模将达到2700亿元，迎来广阔的应用空间。该报告将虚拟数字人划分为“身份型”和“服务型”两类，前者的市场规模预计为1750亿元，而后者的市场规模将超过950亿元。

5

—脑机接口正走向现实—

脑机接口，常被简称为BCI。它是指通过在人脑神经与具有高生物相容性的外部设备间建立直接连接通路，实现神经系统和外部设备间信息交互与功能整合的技术。简单来说，就是实现用意念控制机器。该技术的实现意味着，人与机器的主要交互方式，除了手工输入，以及近几年兴起的人工智能语音交互之外，还可以直接通过大脑向机器发出指令。

2021年4月，马斯克的公司Neuralink在猴子的大脑中植入了两套微小的电极，使猴子能够仅仅用意念就在一个乒乓球游戏中移动屏幕上的球。Neuralink希望2022年在人类身上测试其设备，让瘫痪人士能够操作电脑;另一家公司Synchron已经获美国监管机构批准，开始对一套类似的设备进行人体试验。通过计算机接收信号，人脑可以直接表达想法或者控制其他设备，而不需要通过语言或肢体工作，不依赖于外周神经和肌肉——用“意念”控制设备，解放四肢。2022年1月11日，成立数月的脑虎科技（NeuroXess）宣布完成9700万元的天使轮及Pre-A轮融资，这是目前国内脑机接口领域最大规模的早期融资，主要投资机构包括盛大、红杉资本、涌铧等。

6

—“动物基”的人造肉—

人造肉的技术路线主要可分为植物基和动物基，前者是用大豆蛋白制成，技术成熟度高;后者是“培养肉”，从动物体内分离、提取出少量全能干细胞或成肌细胞，在营养液中进行培养，再进行商品化加工处理。这种生产方式真正颠覆了畜牧业，但技术难度较高，一直以来成本居高不下。

近年来，随着生物科技的发展，相关难题逐渐得到解决，如Beyond和Impossible Foods兩家公司生产的人造肉更像真肉，其产品中还添加了从大豆根部提取的血红素，它含有丰富的铁元素，可以使产品的口味和形态与真肉更加相似。此外，Impossible Foods还在一些产品中模拟了动物肌肉中一些关键特征——脂肪、结缔组织的。同时，从公开数据来看，两家公司基本将人造肉的成本控制在和真肉差不多的水平，而随着供应规模的扩大，人造肉的成本将继续下降。

动物基人造肉更具颠覆性，应用前景也更加广泛，它可以生产很多不同品类，比如澳大利亚有公司在尝试袋鼠肉，新加坡有公司在尝试马肉，同时有更多公司在尝试海鲜/水产品类，因为海鲜比畜牧业更加落后，在很大程度上还依赖于远洋捕捞。

7

—人工智能越来越重视具身智能—

具身智能一词源于英文“embodied AI”，即具有身体的人工智能。智能体需要与真实世界进行交互，不仅通过AI学习提取视觉上的高维特征认识世界，而且通过“眼耳鼻舌身”主动获取物理世界的真实反馈，通过反馈进一步让智能体学习，并使其更“智能”，甚至实现自身“进化”。

最新的人工智能研究发现，智能生物的智能化程度和它的身体结构之间，存在很强的正相关性。在算力相同的情况下，具备形态智能优势的生物可以更快地获得学习上的优势。因此，具身智能区别于传统AI，具身智能将不仅具有浅层次的智能如行走、交谈、感知，也将具有生物体高层次的智能如推理、演绎、下棋甚至进化等，成为一个多模态的、具身的、主动交互式的通用型人工智能体。

8

—新能源技术——热泵—

热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。其可以将低位热源的热能转移到高位热源，是全世界备受关注的新能源技术。它不同于人们所熟悉的可以提高位能的机械设备——“泵”;热泵通常是先从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热能，经过电力做功，然后再向人们提供可被利用的高品位热能。热泵技术在节能建筑中的应用，不但能使居住环境更舒适、提高能源利用效率，而且可以促进室内空气改善，有效避免温室气体排放，对实现碳中和有着重要的意义。

荷兰制定了到2030年部署多达200万台热泵的计划，并将从2024年起每年安装 10 万台热泵。2020年，挪威通过ENOVA 计划向2300多个家庭发放补贴，并重点关注增加用于区域供热系统的高温热泵市场。国际能源署（IEA）发布的《2050年净零排放：全球能源部门路线图》提出，在“1.5℃”温控目标要求下，建议全球各国2025年不再新增石化燃料锅炉的使用，并在2045年实现热泵在全球采暖中的使用比例达到或超过50%。目前，制冷、照明和电器产品早已完成了全面的电气化，采暖设备的脱碳化成为建筑节能的首要任务，空气能热泵供暖设备将迎来长达30年的井喷期。2021年11月，IEA发布的年度旗舰报告《能效2021》提出，在2050年实现净零排放的情景中，热泵是实现空间供暖电气化的关键技术。

9

—打破时空界限的VR健身—

伴随着VR设备持有量日趋增长，VR+健身成为很多健身类企业瞄准的新方向。虚拟现实（VR）头显可以让人们在玩游戏的过程中燃烧卡路里，他们可以击打或劈开扑面而来的各种形状，或扭动身子以躲避障碍物。同时，VR健身可以打破日常健身的单调和枯燥，使健身充满乐趣，减少社交的恐惧。

运动科技是带来健身新商业模式、快速提高健身人口渗透率和新的触达健身用户的新方式和新趋势之一。VR健身将为行业带来新的增长点，越来越多的工作室正在使用Oculus头部显示器来开发VR健身应用程序。2021年11月，Meta（前身为Facebook）宣布收购VR内容工作室“Within”。Within是一家VR内容工作室，提供订阅式VR健身应用Supernatural。Meta希望借助自己的Oculus，不断地构建更多的应用场景，借助虚拟现实以及健身效应的构建，帮助用户实现另一种应用场景的铺设。

10

—云网融合—

根据中国电信发布的《云网融合2030技术白皮书》，云网融合是通信技术和信息技术深度融合所带来的信息基础设施的深刻变革，在发展历程上要经过协同、融合和一体3个阶段，最终使得传统上相对独立的云计算资源和网络设施融合形成一体化供给、一体化运营、一体化服务的体系。云网融合是新型信息基础设施的深刻变革，其内涵在于通过云网技术和生产组织方式的全面深入的融合与创新，运营商在业务形态、商业模式、运维体系、服务模式、人员队伍等多方面进行调整，从传统的通信服务提供商转型为智能化数字服务提供商，为社会数字化转型奠定坚实、安全的基石。

云网融合是一个长期的、不断演进的过程。2022—2030年，以云网融合为核心的信息通信技术创新，将强有力地推动未来信息基础设施的转型。随着人工智能、大数据、区块链等技术的演进，智慧城市、智能制造、智慧生活、AR/VR、自动驾驶等新业务的发展，以内生安全、云网切片、云网大脑等为代表的关键核心技术的自主掌控，将为云网融合目标的实现注入更加丰富的强大动力。云网融合的发展和6G的发展在技术内涵和时间进程上也是相辅相成的。6G网络的初步愿景是“泛在、智联、数融、开放、安全”，它以数据为基础，以智能为核心，通过ICDT融合实现网络的智能自治，提供全息通信、万网互联、智能协作等基础业务能力。