中国工程院于12月18日发布了《全球工程前沿2024》，对我国把握全球工程科技的发展趋势、推动工程科技创新的发展具有重要意义。
以下是对该报告及其发布情况的详细介绍：
一、发布背景
当前新一轮科技革命和产业变革加速演进，工程科技创新进入密集活跃期，工程前沿不断取得颠覆性突破。 为发挥好最高学术机构学术引领作用，中国工程院自2017年起每年依托院刊系列期刊，组织9个学部院士专家开展“全球工程前沿”研究，跟踪全球工程科技发展前沿，把握世界科技发展大势，研判科技革命新方向。
二、报告内容
工程前沿分类：根据前沿所处的创新阶段，工程前沿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。
工程前沿特点：
工程前沿研究向极微观深入：芯片、生物医学、量子物理等科技前沿不断深入发展，引发全球科技和产业创新颠覆性变革。 工程前沿探索向极端条件迈进：制造、能源、材料等领域技术加速进步，抗灾、耐极温、耐腐蚀等材料性能为制造业发展和极端环境作业提供了更加可靠的保证。 工程前沿开发向极精准拓展：全球卫星导航精确定位技术、机器人精准操控技术的发展，开辟了人类生产和生活新空间。 工程前沿创新向极综合交叉发力：多学科交叉渗透，理论应用互相促进，传统研究和新兴研究互相结合并扩散拓展，为全球科技创新与产业创新深度融合开辟新途径。
研究前沿与开发前沿：2024年度“全球工程前沿”研究按照中国工程院9个学部所属的学科领域，通过数据分析与专家研判相结合，筛选获得92个工程研究前沿和92个工程开发前沿，并对其中最重要的27个研究前沿和27个开发前沿进行深入解读，制定重点前沿发展路线图。
机械与运载工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 船舶数字孪生系统 | 深远海水下通信定位技术 |
2 | 海洋漂浮式光伏发电 | 海空协同异构无人系统的一体化控制技术 |
3 | 基于深度图像的场景解析 | 低空无人飞行器综合探测技术 |
4 | 4D打印的形状记忆聚合物智能结构 | 无人舰艇集群感知与协同控制技术 |
5 | 多频全球导航卫星系统精确定位方法 | 基于图像特征的高精度距离识别技术 |
6 | 快速超分辨超声成像 | 具身智能技术机器人 |
7 | 相变储能 | 连续陶瓷纤维增强的金属基复合材料 |
8 | 多尺度复合材料能量吸收结构 | 模块化先进武装机器人系统 |
9 | 微型超级电容器 | 氢燃料航空发动机 |
10 | 基于纤维素气凝胶的摩擦纳米发电机 | 临近空间高超声速滑翔弹头跳跃弹道预测 |
信息与电子工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 具身智能基础理论与方法 | 空天地海一体化智能遥感监测技术 |
2 | 晶圆级系统大芯片理论与设计 | 异质集成晶圆级键合及先进封装技术 |
3 | 低空信息网络体系与通感一体技术 | 领域大模型智能计算技术 |
4 | 多模态感知认知智能理论 | 大尺寸高精度超构表面器件设计、制造与检测 |
5 | 超高灵敏度跨尺度缺陷检测技术 | 基于新型非易失存储器的高性能存算一体芯片 |
6 | 数据和物理规律驱动的智能科学计算 | 医用微纳机器人精准操控技术 |
7 | 大规模卫星集群分布式规划与智能协同控制 | 工业超分辨光学显微镜 |
8 | 超大规模集成光计算芯片 | 基于混合建模的数字孪生系统 |
9 | 全光深度计算成像理论与方法 | 人工智能安全测试评估技术 |
10 | 基于人工智能的语义通信理论与技术 | 星云算网融合技术 |
化学、冶金与材料工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 高容量固态储氢材料热力学和动力学性能可控调变 | 全固态电池关键材料开发及其制备技术 |
2 | 基于机器学习的新型智能材料设计 | 金属多工艺一体化增材制造关键技术和装备 |
3 | 冶金过程中相似元素深度高效分离 | 低能耗长寿命海水电解制氢系统构建及海水矿产资源开发 |
4 | 超低温锂离子电池电极材料设计及反应机理研究 | 高容量储氢材料的规模化制备与系统工艺开发 |
5 | 高仿生类脑神经元材料与器件 | 数字孪生钢铁制造技术 |
6 | 超薄超宽高性能电磁波吸收材料 | 高性能多元合金材料的高效定制制备技术 |
7 | 太阳能光(电)催化过程中的关键化学问题 | 钠离子电池核心材料设计与产业化 |
8 | 精准医学生物探针材料研究 | 使役性多频电磁隐身材料及部件开发 |
9 | 催化降解废弃塑料定向转化制高值化学品 | 数智化有色金属冶金流程优化与设计 |
10 | 非常规资源冶炼过程反应机理及理论 | 耐高温柔性轻质隔热材料设计和开发 |
能源与矿业工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 二氧化碳捕集与原位转化一体化技术 | 高比能长寿命低成本固态电池技术 |
2 | 紧凑型核聚变及氚资源转换原理 | 基于同位素电源的核电池开发 |
3 | 基于深度学习的高分辨率遥感成矿信息提取技术 | 复杂地质条件下随钻智能探测与识别系统 |
4 | 油气与风-光-热-储多能融合开发利用方法 | 万米深地复杂地层钻井技术与设备研发 |
5 | 高离子传导固态电解质研究 | 热化学储能与固态储氢装置及系统研发 |
6 | 电力系统运维大模型研究 | 大功率宽范围双向充电技术与装备 |
7 | 玻璃固化等核废物处置原理模拟和试验 | 核辐射无人机寻源系统 |
8 | 新型热管式反应堆在空间堆应用试验研究 | 核反应堆分散控制系统的验证方法、验证装置及验证系统 |
9 | 造山型金矿床物质来源及成矿过程研究 | 花岗岩型铀矿深部有利成矿空间识别及定位技术 |
10 | 长7段页岩油原位转化机理 | 页岩气井产能实时在线预测系统 |
11 | 深层油气储层智能精细表征方法 | 煤层气与煤炭资源共采技术 |
12 | 煤矿安全智能监控系统传感器网络优化 | 氧化碳矿化充填封存一体化技术 |
土木、水利与建筑工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 变化环境下流域极端洪旱致灾机理与风险调控 | 流域水-风-光-储互补智慧调度技术与装备 |
2 | 大模型赋能的城市规划与建筑设计方法 | 城市排水系统智能模拟与韧性提升技术 |
3 | 新能源交通系统数智化运维与安全保障 | 大规模实景三维建模与动态更新 |
4 | 物理信息神经网络的工程力学问题求解及应用 | 低空-地面交通体系智能协同与安全保障 |
5 | 智能化测绘的混合计算范式与方法 | 既有城区基础设施更新的规划减碳技术 |
6 | 超高性能混凝土材料低碳化及性能调控 | 复杂环境下有机复合材料结构-功能一体化技术 |
7 | 极端环境长大隧道动力灾变机制与调控 | 极端气候环境基础设施智能建造与维护技术 |
8 | 高效氧化/还原去除水中有机污染物技术 | 低成本光伏建筑一体化系统与实施技术 |
9 | 绿色低碳工程结构智能设计理论 | 模块化建筑结构体系及其智能建造 |
10 | 城市社区建成环境的健康影响机理与优化 | 自主无人系统定位与地图构建技术 |
环境与轻纺工程
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 能源转型的减污降碳协同效应研究 | 低维护分散型水处理技术与装备 |
2 | 人工智能驱动的可持续水处理技术 | 基于大数据挖掘的多介质污染溯源与风险管控 |
3 | 纳米限域强化污染物降解技术 | 碳封存建筑储能材料 |
4 | 新粒子潜在环境健康风险评估 | 面向智慧水处理的水质动态监测与反馈技术 |
5 | 深海稀土超常富集控制机制研究 | 智能模型在气象海洋领域中的应用 |
6 | 人工智能在智能网格预报中的应用研究 | 基于深度强化学习的自主水下航行器路径规划技术 |
7 | 数据驱动的高分辨率海洋数值模型参数优化研究 | 数字孪生技术在气候研究中的应用 |
8 | 用于伤口愈合的纳米纤维材料研究 | 新型食品微生物资源创新利用 |
9 | 食品新污染物风险评估与控制 | 纳米绿色印刷技术 |
10 | 非粮生物质液体燃料 | 纤维基太阳能电池 |
农业
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 作物重要性状形成及环境适应性遗传解析 | 蛋白饲料生物合成与高效利用 |
2 | 动物源细菌耐药性产生、传播与控制机理研究 | 作物智能设计与合成生物育种技术 |
3 | 农业多污染物复合危害效应及绿色防控机制 | 新型动物疫病诊断试剂研发 |
4 | 畜禽重要性状形成的调控机制 | 动物源性食品中危害物高性能检测试剂创制 |
5 | 农业自主无人作业系统研究 | 农药大数据整合与智能追溯 |
6 | 植物免疫受体发掘及其信号传导机制研究 | 作物水肥精准耦合与智能系统及装备 |
7 | 畜禽肠道微生物组与饲料营养互作的网络机制 | 有机废弃物资源利用与生态环境治理技术 |
8 | 野生动物病原谱与流行病学研究 | 深远海智能养殖平台与装备 |
9 | 林木重要性状环境适应性机制 | 基于大数据的园艺作物育种标记开发 |
10 | 高品质园艺作物分子设计理论 | 木材多维结构调控与功能复合材料构筑技术 |
医药卫生
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 人体免疫力:解码、评估、干预和重建 | 靶向插入大片段DNA的基因编辑技术 |
2 | 重大疾病队列大数据体系构建与应用 | 生命时空组学技术 |
3 | 全组织细胞图谱 | 人工智能辅助肿瘤早筛早诊 |
4 | 肿瘤免疫治疗抵抗 | 人类表型组解析技术 |
5 | 人类组织再生受限的表观遗传学机制 | 人工智能辅助手术导航系统 |
6 | 跨物种器官移植研究 | 通用型癌症疫苗 |
7 | 衰老评估和预警 | 肿瘤类器官芯片在药物筛选中的应用 |
8 | 全生命周期综合暴露与健康 | 生物工程器官 |
9 | 靶向膜蛋白或核受体的新药研发 | 脑机接口芯片 |
10 | 中药活性成分的生物合成 | 大语言模型在医疗辅助决策中的应用 |
工程管理
序号 | 工程研究前沿 | 工程开发前沿 |
1 | 基于生成式人工智能的工程管理优化问题研究 | 数据与模型双驱动的智能数学规划算法 |
2 | 机器行为与人工智能大模型对人类决策行为的长期影响研究 | 面向自动驾驶数据闭环的大模型技术开发与场景库构建 |
3 | 城市系统物理-信息-社会建模与韧性提升 | 工程建造云边端数据协同管理平台 |
4 | 绿色能源系统综合优化与评估 | 面向服务创新的情智兼备数字人 |
5 | 数字化碳排放监测测算方法及时空特征演化研究 | 城市生态风险预警防控与生态韧性提升关键技术 |
6 | 复杂社会信息网络下公共风险感知研究 | 城市街景感知技术与空间特征识别方法 |
7 | 建筑(群)数字孪生模型推演与虚实交互方法研究 | 环境大气大数据耦合同化技术及智能感知共享平台 |
8 | 碳中和目标下供应链管理与优化策略研究 | 环境智能中的隐私计算方法与系统 |
9 | 气候金融资产定价与风险管理研究 | 大小模型端云协同进化技术 |
10 | 生成式人工智能算法伦理研究 | 复杂制造系统的多维态感知与优化调度关键技术 |
三、其他重要内容
- 全球十大工程成就：为引领工程科技创新，项目组与《Engineering》期刊联合评选发布2024年度“全球十大工程成就”，包括CAR-T细胞疗法、嫦娥六号、低轨通信卫星星座、柔性显示、高温气冷堆核电站、智能工厂、无人驾驶汽车、手术机器人、文生视频大模型Sora、超大型风力发电装备。这些成就代表了某一个或多个工程科技领域最先进的技术水平或者重大的原创性突破，能够引领未来技术进步方向，或者通过技术整合、资源优化配置达成了整体目标，呈现出显著的系统集成创新特色。
四、发布意义
该报告的发布有助于把握全球工程科技的发展趋势，为我国的工程科技创新提供重要指引。 通过深入解读工程研究前沿和工程开发前沿，有助于我国在全球科技竞争中占据有利地位。 评选发布的“全球十大工程成就”展示了近五年全球工程科技领域的重大创新成果，为我国的工程科技发展提供了宝贵的经验和启示。 （图片来源：Engineering）
