4月17日，日本科技振兴机构研发战略中心发表了《研究开发俯瞰报告2017》[1]，指出科技创新的步伐日益加快，并向尖端化、精细化发展。大数据、物联网、人工智能等技术急速发展，促使纳米、生物、能源等领域的研发范式发生变化。美国依然引领全球科技进步，欧洲日本紧随其后，中国的影响力不断提高。系统化的思维方法和伦理、法律、社会问题成为各国关注的重点。在推动可持续发展、解决人类共同关注的问题时，如何吸引民间参与成为各国政府需重视的议题。

该报告重点分析了能源、环境、系统信息、纳米材料、生命医学五大领域的科技发展态势，总结了日本的优劣势、面临的挑战及其对策。

一、能源

1、技术发展趋势

①以节能化和能源高效化实现低碳化。涉及火电、核能、太阳能、风能、地热、耐热材料、高强度轻型材料等多个研发领域。②大量使用可再生能源的技术应对。涉及调整火力发电、分散型的能源管理系统、含超导的直流输电等。③能源结构发生变化的技术应对。从煤炭、石油向天然气、生物资源等可再生能源过渡，涉及碳捕获与利用、燃料电池、催化剂等研发领域。④提高核能安全性和已停用反应堆的技术应对。涉及日本福岛核事故后续处理技术和确保核能安全利用的技术。

2、世界关注的重要技术

①空中风车，漂浮于空中利用风力发电。②虚拟发电厂，减少终端用电设备和装置的用电量，在用电的需求方安装提高用电效能的设备，达到建设实际电场的效果。③钙钛矿太阳能电池，利用钙钛矿使转换效率大大提高。④全固体电池，使硫化物及浓稠电解液等电解质更加轻便和安全。⑤化学储热技术，应用于太阳能发电装置，利用熔融盐和化学反应的储热系统。⑥调光窗，控制光热的透过率，减轻房间在取暖和降温方面的能耗。⑦高熵合金，由多种元素按照等原子比合金化，具有耐高温、耐腐蚀等多个优势。⑧纳米纤维技术，通过从植物中提取的材料，实现比钢铁更轻而强度更高。

3、日本的优劣势

日本的火力发电、蓄电池、燃料电池、磁铁、耐热材料处于世界领先地位，而韩国在蓄电池、中国在磁铁和火力发电方面正追赶日本；在二氧化碳的回收、储藏、利用方面，以及太阳能发电、地热发电、分散型的能源管理系统、催化剂方面处于优势；在新型反应堆、能源系统评价、家庭能源管理系统等方面处于劣势。

4、日本面临的挑战及其对策

①探讨重新建立能源网络体系，包括分散型低压配电系统、综合利用能源的系统等。②加强碳和氢循环利用的新型反应分离技术，包括二氧化碳分离回收、利用太阳光和可再生能源从水中提炼氢的技术等。③加强能源高效利用技术，实现先进制造网络化，包括材料、加工、机器人技术等。④面对核能安全使用和已停用反应堆的处理问题，加强核技术方面人才的培养。

二、环境

1、技术发展趋势

①综合化。开展包括气候变动、污染、生态系统、资源利用在内的综合研究，探索食物、水、能源之间关系，考虑环境、社会、经济各个方面的因素。②大规模化。通过温室气体、森林、海洋等卫星观测数据，结合人类活动的各类数据，利用大数据技术构建各类关键性物质的全球动态模型。③专业化。指各类元技术的高度专业化，包括有害结局路径研究，深度了解物质循环的同位素分析技术，对医药及个人护理用品、微塑料等新兴污染物的检测和应对技术等。④决策的可视化。包括模型比较、综合模拟、生态系统服务定量评价等技术的可视化，结合环境和社会影响指数的综合评价技术的可视化等。⑤网络化和共享化。陆地和卫星等观测设施的网络化和数据的共享化。⑥研究形式多样化。问题设定、数据收集、模拟系统的多样化，利用多个模型综合分析等多种形式。

2、世界关注的重要技术

①先进卫星观测技术，对温室气体、云层和气溶胶、森林、地表水和海洋进行高精度观测。②地球系统模型，通过该模型、结合各类观测数据预测气候变化。③降尺度技术，探索大气环流等大尺度气候变化和区域小尺度气候变化间的关系、将大尺度的气候信息转化为小尺度的区域气候信息。④气候变化综合模拟技术，对不确定性高的极端气候现象进行定量化地综合模拟。⑤大数据技术，对各类观测气候信息进行大数据分析的技术。⑥全球水文模型，研发含人类活动在内的全球水文模型。

3、日本的优劣势

日本的温室气体观测卫星领先世界，在农林业、健康与城市生活、极地气候变动研究处于优势地位，在温室气体和同位素测定、传感器分析等方面水平较高，在观测数据利用、系统开发、政策支援等方面不及欧美。

4、日本面临的挑战及其对策

①加强人与自然共同发展的综合研究。②加强地球系统模型、气候变动影响预测模型的开发和利用，提高精度，扩大预测评价的精度和范围。③降低观测与评价技术的成本。④维持和强化卫星、测量船等观测平台，提高各类评价结果的社会接受度，应扩大包含人文社科在内的跨学科研究。

三、系统和信息

1、技术发展趋势

①物联网、大数据和人工智能对社会产生深刻影响。随着计算装置的小型化、廉价化，机器的智能化和使用数据的数字化，大量收集和分析数据已是大势所趋。人工智能给伦理、法律、社会风俗等带来挑战。②外部世界日趋系统化、复杂化。随着信息通信的无线化、大容量化、全球化，今后无论是信息系统、控制系统都将整合为一个巨大而复杂的系统，应对信息安全、系统故障而导致的连锁反应提出应对措施。③外部世界日趋软件化和服务化。在物联网、大数据、人工智能等技术的推动下，对外部世界在生产、流通、消费等环节产生的信息再利用，出现科技金融、共享经济等新的服务形态。

2、世界关注的重要技术

联网与数字化数据技术，如社交网络等用户原创内容、语音识别和自动翻译等；工业网络，如信息物理系统、快速股票交易、安全控制系统；共享经济，科技金融，软件定义的社会。

3、日本的优劣势

日本在量子计算基础理论、安全密码技术、大数据和人工智能自主学习、机器人、语言处理等方面处于优势地位；在大数据积累和利用方面落后美国；在新技术的商业化应用方面，还需要完善法律制度和商业模型。

4、日本面临的挑战及其对策

①应在知识计算方面形成共识，妥善处理社会伦理法律问题。②加强信息物理系统、物联网、现实增强技术的网络化服务和平台型技术。③加强以大数据解决实际问题的人工智能技术和新计算原理的开发应用。④加强机器人方面的系统化技术和软件技术。

四、纳米材料

1、技术发展趋势

①在未来大数据和人工智能时代，装备及其部件的材料成为纳米技术发展的关键。②新的数据计算方法给纳米材料的发展带来巨大挑战，研发人员应思考如何降低纳米材料的成本。③今后将通过数据驱动型的设计方法来设计生产新材料，信息通信技术的发展使包括纳米材料在内的制造业发生新的变化。

2、世界关注的重要技术

①下一代蓄电池装置，全固体型、多价阳离子型等实现高性能的蓄电池装置。②生物制造，应用于人体组织和脏器制造、再生医疗等多个方面。③脑测量，探索大脑功能和信息处理能力、对大脑进行电和光测试。④物联网和人工智能装置，在智能化社会有广泛应用的物联网、人工智能等技术。⑤量子模拟装置技术，通过量子力学实现超高速运算。⑥数据驱动型材料设计，运用数据库和机械学习等信息学的方法探索和设计新物质。⑦拓扑绝缘体，内部为绝缘体而表面却能导电，在下一代电子装置方面有广泛应用。⑧多孔性结构体，拥有规则的纳米空间，具有电子传导等特性，有望实现各种新功能。

3、日本的优劣势

日本在稀有元素替代技术、分子控制技术、可再生能源和蓄电池材料、电子材料、功率半导体、尖端结构材料、结晶生长-薄膜-中控技术、材料设计方面长期处于领先地位；在测量评价分析和质量管理（电子显微镜、X射线）方面保持优势；在计算和数据科学、软件标准化、医疗应用技术等方面处于劣势。

4、日本面临的挑战及其对策

应加强10个方面的工作，包括数据驱动型新材料设计、应用于物联网和人工智能新型芯片技术、量子系统综合控制技术、智能化机器人基础技术、物质精制和分离技术、基于纳米层面动力学控制的超级复合材料技术、通过自主控制生物体间相互作用的生物材料和装置技术、纳米测量技术、开展国际化的产学官合作应对纳米的社会伦理法律问题和环境健康安全问题、形成纳米技术的集成平台并培养专业人才。

五、生物医学

1、技术发展趋势

①精密化和细微化。对生命现象从时间和空间维度，开展精细化的观测、自主灵活的操作和高精度的预测。②多样化和复杂化。以老鼠等微小动物以外的生物为对象，对复杂生命进行解析的研究方法。③综合化和系统化。综合各类大数据，对生命现象和规律进行分析和预测。

2、世界关注的重要技术

①微型电子显微镜、基因编辑技术、物体透明化技术、分子和细胞内动态模拟技术、8K影像技术、实验用机器人技术等。②应用于实验的类器官技术和脏器芯片技术，复杂生命系统解析技术，农场质量分析技术。③应用于人工智能的大数据分析技术，可穿戴技术，从分子到个体的多尺度解析技术，大规模数字通信技术等。

3、日本的优劣势

在免疫科学、分子细胞生物学、植物学等方面领先世界，而以农业实践为对象的应用研究滞后；成像技术、显微镜技术处于世界领先地位，而生物信息技术相对滞后；生物医学方面拥有大批优秀人才，而与数据相关的专业人才不足，“数据驱动型”的生物医学研究相对滞后。

4、日本面临的挑战及其对策

①加强以数据综合医学为基础的预见医疗，通过分析人体的遗传因子、血压等个人数据，提前预判和防止疾病发生。②以数字化的综合农业生物技术为基础开展超智能化生产，通过分析土壤条件、微生物、昆虫等信息，对农作物的生长环境进行定量评价。③根据社会需求设定新的研究课题，使生物医学的研究成果返还社会，加强数据科学的人才培养。                                 

                  （惠仲阳）