这些技术正在引领产业创新

高超声速飞行器技术、医学纳米机器人在肿瘤治疗中的应用、水下无人救援机器人、深远海大型养殖平台构建技术、新型高效动物疫苗创制……这些高科技出现在12月20日发布的《全球工程前沿2023》（以下简称“报告”）中。

2023全球工程前沿项目负责人、中国工程院院士杨宝峰介绍，此次发布的187项全球工程前沿遴选自机械与运载工程，信息与电子工程，化工、冶金与材料工程，能源与矿业工程，土木、水利与建筑工程，环境与轻纺工程，农业，医药卫生，工程管理9个领域，其中工程研究前沿93项，工程开发前沿94项。

机器人、量子芯片等新兴技术不断突破

工程科技是改变世界的重要力量。杨宝峰介绍，工程前沿是指对工程科技未来发展有重大影响和引领作用的关键方向，具有前瞻性、先导性和探索性的特征。根据前沿所处的创新阶段，可分为侧重理论探索的工程研究前沿和侧重实践应用的工程开发前沿。

现代生物学研究表明，鸟群、鱼群、狼群等，仅依靠对集群局部信息的获取，以及与邻近若干个体的信息交互，即可感知集群的态势进而作出与集群行为目标一致的决策。“这为动态可重构移动微型机器人集群的发展提供了启发。”杨宝峰指出，复杂、昂贵的单台机器人已难以满足功能要求，动态可重构的移动微型机器人集群成为移动机器人领域的重要发展方向，在智能制造工厂、区域覆盖探查乃至军事等领域具有广阔的应用前景。

当前，围绕动态可重构移动微型机器人集群前沿的核心论文数排名第一的是中国，篇均被引频次排名第一的是美国。核心论文的产出机构中，篇均被引频次排在前三位的是北京理工大学、密歇根州立大学和哈尔滨工业大学。

近年来，泛基因组研究是作物基因组领域的重要研究方向之一。报告介绍，它是一个物种中全部脱氧核糖核酸序列的组合，对于揭示作物的遗传多样性、解析演化驯化历史及促进功能基因发掘具有重要意义。目前，已完成玉米、水稻、小麦等主粮作物的多个高质量参考基因组的组装。

在农业领域的十大工程研究前沿中，作物泛基因组相关的核心论文数位列第一，被引频次远高于其他九个研究前沿。

“泛基因组、机器人、大模型、量子芯片、合成生物学等新兴技术的不断突破，为全球科技和产业创新提供新动能。”杨宝峰说。

新技术加速向各领域渗透融合

如今，新一轮科技革命和产业变革持续推进。“前瞻把握世界科技发展动向，准确识变、科学应变、主动求变，已成为各国共同的选择。”杨宝峰表示，报告重点解读了28个工程研究前沿和28个工程开发前沿，分析主要国家和主要机构及合作关系，并绘制未来5年至10年的发展线路图。

在化工、冶金与材料工程领域，基于可再生能源的冶金低碳化利用位列11个工程开发前沿之首。

报告指出，钢铁及有色冶金工业的采选、冶炼、热处理等全流程工艺过程会直接消耗大量化石燃料，随着氢能、太阳能、风能等清洁能源的逐步引入，冶金行业清洁能源的使用比例不断提高。

高超声速飞行器技术目前成为各国研究的重点方向。“一小时抵达全球任何一个地方，可快速突防，天地往返重复使用。”杨宝峰介绍，这是未来下一代飞行器的目标，而高超声速飞行器正是实现这一目标的有效装备系统。

杨宝峰表示，近年来，学科交叉融合持续推进，人工智能、机器人、可再生能源等新技术加速向各领域渗透融合，迈向智能化、无人化、精准化、低碳化，催生全球科技和产业创新发展新模式，这也是报告呈现的特征之一。

多目标协同、多维度兼顾解决复杂问题

“工程前沿研判是一项复杂且有挑战性的工作。全球工程前沿研究采用专家与数据多轮交互、迭代遴选研判的方法开展。”杨宝峰介绍，报告得到了来自我国工程科技界各领域、各机构上千位院士和专家的支持。

中国工程院院士陈赛娟、张伯礼担任医药卫生领域课题组组长，他们研判的前十位工程开发前沿是T细胞受体工程化T细胞疗法（TCR-T)、抗体偶联药物免疫联合治疗恶性肿瘤、单细胞空间转录组技术、嵌合抗原受体NK细胞疗法、医学纳米机器人在肿瘤治疗中的应用、合成免疫学技术、小核酸药物研发、单分子蛋白质测序技术、大语言模型在数字医疗中的应用、表现遗传编辑技术。

TCR-T是一种新型细胞免疫疗法，可以识别90%以上的抗原，对治疗肿瘤有着巨大潜能。如何使其在临床中被广泛应用且发挥最佳疗效，是目前需要重点研究的方向。位于医药卫生前沿第五的医学纳米机器人，是一种利用纳米加工技术制造的、可通过静脉注射在体内进行肿瘤精确定位、诊断和治疗的纳米功能组装体。国家纳米科学中心副主任聂广军研究员介绍，医学纳米机器人的研发处于早期阶段，但在抗肿瘤领域展现出了巨大的潜力。

在杨宝峰看来，当前，工程应用前沿以解决复杂问题为导向，多目标协同、多维度兼顾，拓展了全球科技与产业创新的新格局。

据悉，2017年以来，中国工程院每年组织开展全球工程前沿研究项目，依托中国工程院9个学部和中国工程院《工程》系列期刊研究团队，研判并发布当年全球近百项工程研究前沿和工程开发前沿，每年发布中英文全球工程前沿报告，以期发挥学术引领作用，引导工程科技和产业创新发展。此次的报告由中国工程院、科睿唯安公司与高等教育出版社联合发布。