面向2030年的人與科技發展愿景研究

發布時間:2021-02-26 09:51:37  |  來源:中國網·中國發展門戶網  |  作者:冷伏海 等  |  責任編輯:殷曉霞
關鍵詞:愿景,場景,社會發展趨勢,全景圖,技術群

中國網/中國發展門戶網訊 未來?10—15?年,是世界經濟新舊動能轉換及全球科技革命與產業變革的關鍵時期,科技發展將呈現新的態勢和特征??萍歼M步正以空前的力量再一次改變人類生產和生活的方式:一方面,沖擊著所有的產業形態并改變著全球的產業結構,推動了全球經濟增長的方向;另一方面,深刻改變著人自身對衣食住行等諸多方面的需求及其滿足形式,以人為本的科技進步或將成為時代的主旋律。這引發了各國乃至產業界對服務于人的技術與應用開發的強烈追求。

近年來,世界主要國家和國際組織廣泛開展了科技前瞻預見活動,描繪在科技作用下人類社會的未來發展愿景。各國大型研發企業的戰略規劃也對科技創新的愿景和未來科技應用的場景進行前瞻描繪,愿景驅動成為推動企業發展的重要方式。

研究內容及方法

本研究以世界主要國家對人與社會環境發展愿景與場景的前瞻預見為參照,通過戰略掃描、案例分析、比較綜合等方法,描繪面向未來的以人為本的社會發展愿景與場景,進而總結支撐愿景實現的未來關鍵技術群,以為相關戰略規劃提供參考。其中,愿景是以人類社會需求行為理論和社會發展趨勢為依據概括形成的各國期望的情景;關鍵技術群是在特定情景/場景下,滿足人的需求所需要的、尚未實現或突破的一些關鍵技術點或技術群;場景是一系列利用技術支持以滿足未來愿景的現實案例。

研究方法和過程為:

戰略掃描和信息遴選。在研究團隊?10?多年來對世界主要國家和國際組織機構科技戰略與政策的長期跟蹤和資料積累的基礎上,基于內容來源的權威性、領域的覆蓋面和適當性、內容的契合度等多方面進行資料遴選,最終確定世界主要國家、國際組織和大型研發企業在?2010?年后發布的?30?多份相關文件和報告等作為分析素材。

愿景與場景知識元提取。在上述素材中提取支撐深入分析的知識元,包括發布機構、發布時間、規劃/預測時間周期、主題等外部信息,以及在領域識別的基礎上各領域的未來發展趨勢、技術需求、愿景、場景、關鍵技術群等具體內容。

基于知識元分析的趨勢與愿景總結。對趨勢和愿景知識元及相關屬性進行對比分析,提取出達到廣泛認同、描述清晰、對我國有參考價值的內容進行綜合,每個領域總結若干相關的趨勢、順應發展趨勢的“以人為中心”愿景描述,以及體現科技驅動的代表性社會生活場景。

關鍵技術群梳理。在關鍵技術知識元提取的基礎上,進行關鍵技術知識元的分析,梳理出各國規劃/技術預測中提出的、達到廣泛共識的關鍵技術主題,并耦合滿足上述愿景、場景所需的技術需求,進而總結、提煉,獲得實現“以人為中心”的未來社會發展需突破的關鍵技術群。

本研究遵循以人為本的理念,通過系統的分析,圍繞人的生活、工作、健康、信息和安全?5?個維度展現未來相關社會發展趨勢驅動下,各方面的發展愿景、典型場景(表?1)、支持愿景和場景實現的關鍵技術群。


未來生活愿景

未來社會,滿足衣食住行的生產活動將極大程度地實現機械化、自動化和智能化。人的生活行為和過程要在衣食住行實現巨大便利的基礎上,更加輕松愉悅地體驗生活樂趣。展望人類的未來生活愿景,本部分描繪了包括購物、交通出行、飲食、家居、能源生產與利用、娛樂等方面的具體場景。

未來發展趨勢、愿景及關鍵技術群

社會發展趨勢。新技術的應用,促使人類生活的理念和方式發生變化。人們對健康舒適的生活品質的要求不斷提高,促使產品和服務不斷升級。娛樂將呈現多終端、多元化的趨勢,電子娛樂產業將迎來新一輪發展浪潮。能源需求持續增長,石油和天然氣開采能力提高,可再生能源價格持續降低,核能利用持續增長。物理人與虛擬人之間的同步面臨挑戰,其中,在技術、安全、倫理、成長、學習等方面,虛擬人將以強大的學習能力對物理人構成挑戰。

未來發展愿景。人類享受優良實用、實惠、個性化的產品和服務,使用潔凈高效的能源,構建美麗、親近的自然環境。人類與機器共存,營造便捷、舒適的生活環境。

未來關鍵技術群。包括:機器人和自主系統技術、高效電池技術、高性能和低能耗網絡技術、量子技術、功率和能量收集技術、混合體驗技術、互動技術等。

具體典型場景

低碳綠色和智能便利的家居生活場景

智能家居。家用電器不再是簡單的消費品,制造商借助傳感器及時了解機器運轉狀態、排除故障部件、遠程安裝升級,進一步分析消費者的潛在需求?。智能家居與應用程序(APP)相連,既實現人體作息規律與自然協調,又實現隨時隨地自主控制家居電器,從而提高用戶的生活舒適度。具體場景如,根據日出日落自動升降的新型百葉窗,用戶被陽光自然喚醒。家庭安裝的智能系統根據人的活動路線、身體狀況隨時調整房間和用水溫度。借助可穿戴技術實時監測室內居住者的心跳、血壓等情況,運用機器人分析人的排泄物和體液情況,并將這些數據與醫院健康管理系統相關聯,從而預知疾病風險、保障人體健康。人類與機器人等智能裝備共同生活??纱┐魇街悄苎b備消除了殘疾人與正常人之間的隔閡;服務機器人承攬了從育兒到清掃的所有家務;競技類機器人可以與人類一起打網球、籃球等;借助多語種翻譯機,人們可以與世界上的任何一個人進行無障礙溝通,進而充分理解對方的文化。

消費購物。網上購物體驗更加便利、貼心,消費者可網上個性化定制,借助?3D?系統模擬與實物大小一致的心儀產品,經過虛擬技術預先體驗之后再正式下達訂單。居民可在家中選擇“智慧農場”推出的定制服務,并通過遠程系統實時看到瓜果蔬菜的種植情況、農藥噴灑情況等。家用機器人可根據家人口味和現有食材自動做飯,并提前檢測農藥殘余。虛擬空間里的虛擬替身可以代替用戶獨立完成購物、銀行事務等簡單的日常業務,極大增加私人閑暇時間。家居裝修通過?3D?增強現實房間,允許顧客按自己的意愿設計生活區,然后進入空間的虛擬模型,以更好地獲得其設計的直觀印象。

清潔高效的能源生產與使用場景

公用設施能源使用。新型數字技術允許公用設施和客戶之間雙向通信,融合技術將降低可再生能源的儲存成本;新材料將顯著提高能源使用效率,提高光伏電池和核燃料電池的安全性;智能化電網可以支持配電和各種不同的發電技術。每個公司或家庭都可通過自身的太陽能發電系統實現電力自給自足,并將富余的電力賣給電力公司。白天用電高峰的寫字樓與夜晚用電高峰的娛樂中心可協調錯峰用電,提高效率。

家庭能源使用。每個家庭居住空間都成為一個“能源+”的系統,可以根據居住者的需求管理熱能和電;電動汽車是“能源+”的一部分,通過可控的雙向充電,在家庭電力不足時可將電動汽車在行駛中產生的富余電力用于家庭用電,家庭能源系統也可以為汽車充電。

智能快捷的物流運輸及交通出行場景

交通基礎設施。交通基礎設施將變得更加智能化,新材料和嵌入式傳感器在汽車、火車、飛機和渡船等交通工具上匯聚,并利用大數據為人們提供更更加安全、便利、快捷的出行。例如,道路系統將包含動態系統,可以在行駛過程中為電動汽車充電。自動駕駛系統與全方位、無死角的道路影像預警系統相結合,及時發現諸如“行人突然進入”等危險情況并做出反應,將道路交通事故率降到最低。自主車輛和機器智能將改變大宗運輸和物流的形式。自主運輸技術可以提高在城市內和城市之間輸送乘客和產品的效率。

個人出行。半自動或全自動商用飛機、公共汽車、出租車可為人們提供更安全的出行方式,同時減少擁堵和污染。開放共享調度數據不僅有助于人們計劃行程、了解交通擁擠和延誤情況,而且交通自主性正在從交通系統(如碼頭、輕軌)向個人行程方面擴展。

高度逼真和五感再現的娛樂體驗場景

未來將出現基于腦機接口的神經游戲產品、基于生物識別分析方法用于改變機能和心理情緒狀態的產品,實現高度逼真、五感(視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺)再現的娛樂體驗。新型用戶互動的大型游戲平臺將持續監測用戶的肌體能力和心理狀態,評估用戶當前活動的認知情況、生理數據等信息?;谒@得的數據,將對用戶進行非侵入式刺激以實現娛樂體驗。

混合世界與永生場景

未來人類將進入混合世界(blended world),即突破物理人的生命極限,形成在物理世界和數字世界的雙重公民身份,乃至形成數字國度等。為解決物理人與虛擬人之間的矛盾,人類將利用信息通信技術(ICT)將虛擬人作為未來自然人學習、能力的延伸,而不是成為虛擬人的傀儡。

未來工作愿景

工作和生產是個人在社會分工中體現社會價值和自我價值的根本,是人們從事創造新知識及社會財富的活動和過程。未來人類勞動和工作主要集中在創造性領域,“以人為中心”集中體現為科技支撐人們開展創造性活動。

未來趨勢、愿景及關鍵技術群

社會發展趨勢?!肮ぷ鳌钡膬群瓕⒈恢匦露x,人與工作的關系將改變,自主創業更加便利,任務外包和自由職業者數量增加,工作環境將由低能耗、高效、高速數據處理提供支持。數字技術將支持新工業化的發展,帶動物聯網與機器人平臺的發展,為新的產業形式與勞動組織形態設立標準與規范。智能化和自動化將推動個性制造成為趨勢,超大的市場規模和市場回報密度才能提供足夠的利潤。傳統的信息科學、麥克斯韋方程、牛頓力學等均是利用局域化的思路尋找高斯、線性、凸性、平穩等局域條件下的近似解,但現實世界是非高斯的、非線性的、非凸的、非平穩的,新型數字技術將推動未來進入全新的時代。

未來發展愿景。人的“網紅”化、工作的碎片化,催生了自主工作方式,以及智能、綠色、自適應的產業形態。

未來關鍵技術群。包括:模塊軟件開發技術、環境感知和智能規劃技術、5G?及更先進的通訊技術、大數據和超級計算技術、自動化設備及機電一體化技術、納米和其他先進材料技術、增材制造技術、氣象預報與綠色農業技術等。

具體典型場景

高性能網絡和海量數據背景下的工作場景。技術改變著個人與工作之間的關系,網絡市場和協作工具使工作機會渠道增加從而更易獲得,并且自由職業者的數量將增加。伴隨新技術、網絡市場和協作工具的推動,人們可以通過居家辦公、衛星辦公室(即分散辦公的分部、分公司)等方式提高工作效率,減少出行時間、距離消耗等工作成本,助力建設低碳社會。

機器人應用及人機交互場景。隨著老齡化社會到來,勞動力減少成為社會問題,但機器人產業的發展將解決這一問題。語音指令將極大替代文字輸入指令,從而使人們尤其是老年人更加便捷地使用智能設備。機器人將成為輔助人類生產和物流的主要工具,更多的機器人將與人類一起工作,使人類免于執行危險的工作。

先進功能材料廣泛運用的場景。多功能納米材料的開發,使得人在極端環境中穿著簡單的衣物開展工作變為可能。硬度大于鋼鐵但輕巧的制造材料和建筑材料,使超級隧道與建筑、超快速車輛和超強設備有望實現。常溫超導材料和柔性材料將使磁懸浮列車和可折疊手機、電腦進入實用化階段,智能材料使汽車可以自我檢測并修復損傷。

遠程、自動、網絡化辦公場景。居家辦公、網絡辦公等方式減少了人們的出行,以服務低碳社會。人們可以遠程操作機器人和自動化裝置,完成辦公事務,綠色印刷系統也將極大減少辦公資源消耗?。工作將通過類似“滴滴呼叫”的方式進行分配、篩選、成交、支付等,甚至未來將會出現“滴滴打工”的平臺,精準匹配碎片化工作需求和擁有大量閑暇時間的勞動人口。

綠色農業和水資源管理場景。通過綠色種植、新型農業技術實現糧食和農畜產品完全自給。普及高層建筑形式的垂直農場,計算機自動調節與管理農作物的日照量、溫度等。在城市中心及建筑物周邊栽培運用生物質能的水生植物,由智能系統統一調配水資源。

未來人類健康愿景

健康是促進人的全面發展和經濟社會發展的基礎條件,當前健康領域面臨著人口老齡化,以及各類疾病、生態環境與生活方式不斷變化等帶來的新挑戰。未來,人們有望通過無所不在的身體狀況監測和護理,使得疾病的預防、控制和救治體系都能得到最及時、最有效的管理。

未來趨勢、愿景及關鍵技術群

社會發展趨勢。人口老齡化速度加快,導致慢性和流行性疾病患者越來越多,突發性傳染疾病出現的頻率增高。社會衛生護理需求的大幅增加,為健康醫療服務業的發展帶來新機遇。醫學技術進展將有助于建立新的健康體系和提升生活質量,生命健康成為未來主導產業的跡象愈發明顯。

未來發展愿景。人類預期壽命延長,先進的醫療體系可最大限度地提高老年人健康生活的獨立性。醫學的進步,構建起精準的疑難疾病治療體系和傳染疾病預防體系,以及智慧型的人類健康管理體系。

未來關鍵技術群。包括:再生醫學技術、自動化監測和治療設備、克隆和基因編輯技術、預測/預防/應對新型傳染病與大型氣候災難的技術、個性化治療技術、人體能力恢復和增強技術、合成生物學技術等。

具體典型場景

針對疑難雜癥的新型醫療技術高度發達的場景。盡管老齡化社會不可避免地到來,但得益于醫療技術的發展,老年人也能夠享受更高質量的生活。隨著醫用機器人進入實用化階段,清潔血管、輔助肌肉運動、癌細胞靶向治療等新技術使部分疑難雜癥的治療成為可能。隨著腦認知功能的完全揭示,大腦神經細胞修復技術得以開發,這使得阿爾茨海默病和帕金森病等的治療成為可能。人工血液的開發使得獻血的必要性逐漸消失,同時隨著干細胞器官再生技術實現商業化,可逐漸替代衰老和生病的人體器官。通過使用無線藥物管理器、電子包裝和數字藥物等工具來改進依從性監測,也可以與基于手機等智能穿戴設備相結合來提供更好的實時健康管理。

針對疾病與傳染病構建新型預防和治療體系的場景。新型疾病不斷出現,其擴散速度也日趨加快。因此,未來的新型疾病防控體系應更加完善,并創設傳染病“安全地帶”。通過人工智能技術搭建計算機模型,準確預測傳染病的傳播軌跡和暴發的高風險地區,指導政府的傳染病防控工作。通過迅速準確的基因檢測技術對多種疾病進行診斷及治療,并快速、低成本地開發定制型的疫苗和制劑,惠及普通民眾。利用毒性基因組學等生物技術,探究環境激素等化學物質所含的毒性與環境疾病之間的關系。

電子醫療與健康管理場景。借助可穿戴設備采集的數據并結合相關軟件進行分析,幫助用戶詳細了解健康狀況。運用傳感器遠程監控患者的健康狀況,進行診斷甚至治療、護理。政府建立跨學科衛生中心,設立數字化專線?;颊咄ㄟ^自動診斷系統先分析自己的測試結果,并且可以在手機和家庭監測設備上進行智能癥狀檢查,然后再聯系健康中心。通過高性能網絡可支持不同健康任務的實施開展,如支持患者與全科醫生的視頻對話,以及通過數字個人助理幫助患者跟蹤控制自身健康。

失能和老年人群輔助及看護場景。由于老年人、失能人群行動不便,不能獨立完成如廁、沐浴等活動,針對該類人群設計出一系列的自動化設備,如:自動衛生設備,確保安全、有規律的沐浴保持皮膚健康;自動潔齒設備,維護口腔健康。借助自動監測和治療系統,為慢性病老年患者定時提供在家測量和簡單常規治療等上門服務。通過智能門禁,醫院判斷存在相應情況時立即通知送藥和急救人員提供上門幫助和搶救。智能娛樂和看護類機器人或自動裝置可與老人對話、嬉戲,減少單獨相處的寂寞,還能協助保姆、護工從事重體力的看護工作,同時記錄看護對象的各項生理數據,為醫生修改治療方案提供參考?。

未來信息獲取利用愿景

人類的信息行為包括信息獲取、信息檢索、信息利用、信息擴散等。在智能信息環境下,人類的信息行為和社交形式將發生很大改變,體現在更豐富的內容、習得知識和技能、即時感知和互動。

未來趨勢、愿景及關鍵技術群

社會發展趨勢。大量設備連接互聯網并產生海量數據信息,人類進入萬物互連和普適計算的時代,區塊鏈技術將使互聯網更加公開、透明??萍及l展將突破人類生物極限,人類的認知、分析能力不斷提升,促使教育的內容、途徑和形式不斷更新。學習不再成為生存需要,老師與學生的角色邊界逐漸模糊,知識學習的場所日益泛化。社交媒體持續改變人們的信息獲取與社會交往方式,模糊生產者與消費者之間的區別。

未來發展愿景。人類可以泛在、無縫、智能地獲取和處理信息,并利用數據來支撐敏捷、明智的決策;在輕松、愉悅的過程中增長見識、提高技能;人們在順暢地交流和表達思想的同時,也能確保個人隱私不被泄露。

未來關鍵技術群。包括:人工智能與機器學習技術、傳感器和控制系統、自然語言處理、人機交互和腦機接口、區塊鏈、身份與信譽管理等。

具體典型場景

萬物相連、普適計算的信息獲取與處理場景。大量設備連接到互聯網,包括移動和可穿戴設備、家用電器、醫療設備、工業探測器、監控攝像頭、汽車、服裝等,這些設備產生和共享大量數據并具有極高的分析利用價值。新型傳感器將所有物體與空間都通過網絡連接起來,人們能夠在任何時間、任何地點以任何方式進行信息獲取與處理。通過生物信息與內置芯片,人們可以在購買物品時快捷結算,并獲取定制型信息服務。實時分析周邊的信息,為用戶提供恰當的服務,讓普適計算的服務惠及范圍更廣?。

物聯網、大數據背景下的信息利用與保護場景。物聯網、數據分析和人工智能這三大技術的結合將會在全世界創造一個巨大的智能網絡,在不需要人力過多干預的情況下實現巨量的商業交易。保險服務被重新定義,傳感器能對個人行為進行詳細而持續地跟蹤,被保險人將要求實現個性化定制的保險服務,或者被保險人通過自我評估而與保險公司共同商定應有的保險利率。隱私保護成為新型服務并擁有廣闊市場。隨著物聯網、大數據等新技術的應用,人們在大眾面前愈加“透明”,于是人們將愈發關注隱私保護問題,希望擁有“下網”空間,使個人的生活、出行信息遠離各類傳感器。

新技術背景下的信息擴散與社交場景。運用?3D?遠程交流系統和情感交流機器人,使遠隔千里的家人能夠隨時互動交流,并且模擬對話時的表情神態和肢體動作,通過五感再現的方式使對方能更加真實地傳遞感情。社交技術給人們帶來能夠塑造個人微型文化圈的力量,以技術為基礎的網絡世界將對傳統的權利結構產生影響甚至帶來挑戰。企業可以通過社交渠道的新技術直接接觸到消費者,消費者也可以利用社交平臺突破營銷干擾,使企業對其產品和行為負責。

數據廣泛利用和人類功能增強背景下的知識學習場景。通過可穿戴設備把相關信息傳遞給人類感官。隱形眼鏡和永久植入的嵌入傳感器和計算器給人們帶來穿墻的聽力、天然的夜視,以及可以嵌入虛擬和增強現實系統中的能力;智力增強藥物將會擴展人類認知能力,改變知識學習方式。虛實交融的泛在學習成為學校教育常態。每所學校都是虛擬學校的組成部分,虛擬學校與實體學校無縫融合,滿足人人、時時、處處可學的需求。創建基于神經認知機制規律并利用該機制獲取新知識、學習和記憶的教育系統。借助于個體傾向性和大腦可塑性數據、神經計算機界面、虛擬和增強現實元素,混合智能為人們提供新型教學場所和教育方式。

未來安全愿景

未來的安全需求不局限于人身和環境安全,還包括了泛在網絡和人工智能環境下的數字安全和隱私安全。生物科技發展帶來各方面便利的同時引發了生物安全威脅,未來只有實現全方位的安全保障,人們才能在輕松愉悅地體驗生活樂趣時保證安全。

未來趨勢、愿景及關鍵技術群

社會發展趨勢。未來,安全環境將是整體安全系統和通信系統的博弈;無人系統將被用于收集更多信息和實質性任務執行工作,以保障物理系統的安全。在安全領域將開始大量試用人工智能和自動化技術,快速獲得支持決策和行動針對性與靈活性,人和社會在網絡化大環境中的安全問題凸顯。

未來發展愿景。人、機、物融合的安全系統,以及快速感知、響應和應對的社會安全生態。

未來關鍵技術群。包括:新能源動力行動及控制技術、消防和警用機器人、監控系統技術、網絡安全技術、航天技術、用戶身份驗證和下一代加密技術等。

具體典型場景

對犯罪與恐怖主義有效監控及預防場景。建設城市公共安全視頻監控系統,實現打擊犯罪、治安防范、社會管理、服務民生等功能。對城市公共區域內人員的活動情況進行記錄。發展身份識別和比對技術,數據存儲、專項提取、綜合分析技術,對罪犯和嫌疑人群進行實時追蹤,提高犯罪預防效果和事后破案率,強化震懾效果,從而實現構建安全社會的目標。

網絡安全防護場景。通過信息安全技術和輿情監測技術的開發,主動搜索和處理釣魚網站、身份識別、惡意竊聽和竊密、假冒熱點、電信詐騙、網絡攻擊、勒索軟件等安全缺陷熱點問題,使網絡不法行為及恐怖主義得到防治,使虛擬空間的安全性大幅提升。

生物安全防護場景。通過信息監測技術和緊急生物防護與殺滅技術的開發,主動檢測和及時應對外來生物入侵、新型人畜傳染病、疫病暴發等生物安全問題,加強檢測及防護網絡建設與應對機制設計、防護工具及恢復機制等方面的研究,積極面對未來可能大面積出現的生物安全及其社會影響問題。

(作者:冷伏海,中國科學院科技戰略咨詢研究院;李宏,中國科學院科技戰略咨詢研究院;王建芳,中國科學院科技戰略咨詢研究院;惠仲陽,中國科學院科技戰略咨詢研究院;張秋菊,中國科學院科技戰略咨詢研究院;陳曉怡,中國科學院科技戰略咨詢研究院;葛春雷,中國科學院科技戰略咨詢研究院;劉棟,中國科學院科技戰略咨詢研究院;葉京,中國科學院科技戰略咨詢研究院;賈曉琪,中國科學院科技戰略咨詢研究院;李超,中國科學院科技戰略咨詢研究院;艾超,華為技術有限公司;曹華俊,華為技術有限公司?!吨袊茖W院院刊》供稿)。

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