根據《國務院關于改進加強中央財政科研項目和資金管理的若干意見》（國發[2014]11號）、《國務院關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革方案的通知》（國發[2014]64號）、《科技部 財政部關于改革過渡期國家重點研發計劃組織管理有關事項的通知》（國科發資[2015]423號）等文件要求，現將“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2017年度項目申報指南建議（見附件）向社會征求意見和建議。征求意見時間為2017年6月19日至2017年6月23日，修改意見請于6月23日24點之前發至電子郵箱。

 

國家重點研發計劃相關重點專項的凝練布局和任務部署已經戰略咨詢與綜合評審特邀委員會咨詢評議，國家科技計劃管理部際聯系會議研究審議，并報國務院批準實施。本次征求意見重點針對各專項指南方向提出的目標指標和相關內容的合理性、科學性、先進性等方面聽取各方意見和建議。科技部將會同有關部門、專業機構和專家，認真研究收到的意見和建議，修改完善相關重點專項的項目申報指南。征集到的意見和建議，將不再反饋和回復。

 

聯系方式： jcs_zdxmc@most.cn

 

科技部基礎研究司

 

“變革性技術關鍵科學問題”重點專項2017年度項目申報指南建議

 

為落實創新驅動發展戰略，促進我國變革性技術的不斷涌現，按照《國家中長期科技發展規劃綱要（2006-2020）》部署，根據國務院《關于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案》，國家重點研發計劃啟動實施“變革性技術關鍵科學問題”重點專項。根據本重點專項實施方案的部署，現提出2017年度項目申報指南建議。

 

變革性技術是指通過科學或技術的創新和突破，對已有傳統或主流的技術、工藝流程等進行一種另辟蹊徑的革新，并對經濟社會發展產生革命性、突變式進步的技術。“變革性技術關鍵科學問題”重點專項重點支持相關重要科學前沿或我國科學家取得原創突破，應用前景明確，有望產出具有變革性影響技術原型，對經濟社會發展產生重大影響的前瞻性、原創性的基礎研究和前沿交叉研究（如材料素化、碳基資源催化、超構材料、太赫茲科學技術等方向）。

 

在5類科技計劃中已有布局的研究內容不在本專項重復支持。專項實施周期為5年（2017-2021年），計劃于2017年啟動12項左右任務。

 

1.電-熱偶合催化能源小分子化學鍵的精準重構

 

研究內容：能源小分子的活化和轉化是化石能源高效利用的核心，常規轉化過程存在高耗能、高耗水、低選擇性等瓶頸；發展基于電-熱偶合催化分子選鍵活化新方法，促進甲烷和CO2等碳基小分子中碳-氫、碳-氧和碳-碳鍵精準重構，實現溫和條件下甲烷無氧活化和轉化的變革性方式，發展甲烷與CO2以及甲烷與煤碳中性轉化的原子煉制新過程。

 

考核指標：利用電場等外場激發與納米和單原子活性中心催化相偶合，實現溫和條件下甲烷的活化和轉化，闡明自由基反應和外場增強活化等非常規甲烷活化機制；突破甲烷利用的傳統方式，與煤轉化或CO2轉化過程相偶合，實現轉化過程的碳、氫、氧自身平衡（碳中性），消除碳基能源利用中的CO2排放和水的消耗；發展新的實驗技術以及研究手段，對表面催化反應的初生產物、中間物種以及過渡態的探測，實現在原子分子層次上對變革性反應過程的理解。

 

2.數字編碼和現場可編程超構材料 

 

研究內容：超構材料是物理和信息領域的前沿方向，但現有的基于等效媒質超構材料屬于模擬體系，很難實時地調控電磁波。本項目建立數字編碼和現場可編程超構材料新體系，包括：數字編碼超構材料對電磁波近遠場的調控理論；數字編碼超構材料的信息論操作及數字信號處理運算；高比特位數字編碼和現場可編程超構材料的設計方法及物理實現。

 

考核指標：建立數字編碼超構材料對電磁波近遠場的調控理論并探索其高效求解方法，挖掘信息論操作和數字信號處理給數字編碼超構材料調控電磁波帶來的新物理特征和新應用潛力，制備高比特位數字編碼和現場可編程超構材料（編碼切換時間小于1μs，編碼狀態誤差小于10%）；發展雙頻數字編碼和現場可編程超構材料、各向異性數字編碼和現場可編程超構材料、頻（時）空聯合數字編碼超構材料、以及幅相聯合數字編碼超構材料；研制基于數字信號處理、FPGA控制模塊和數字編碼超構材料軟硬件一體化的現場可編程信息系統原型；建立超構材料的新體系——信息超構材料。

 

3.多能流綜合能量管理與優化控制

 

研究內容：針對類互聯網能源網絡具有的多能協同互補、多端供需互動、信息能量融合等核心挑戰，突破多能流綜合能量管理與優化控制瓶頸問題。包括：特性各異多能流統一建模與多時間尺度狀態估計；多主體在線多能流分析與動態安全評估；含高維復雜約束的多能流動態優化與協同控制；信息能量融合系統安全機理；多能流綜合能量管理原型系統。

 

考核指標：構建面向類互聯網能源網絡的多能流綜合能量管理與優化控制理論體系。實現以下關鍵技術的原創性或變革性突破：提出冷、熱、電、氣、交通等特性各異多能流統一建模方法，突破多能流多時間尺度狀態估計技術；實現多主體在線分布式多能流分析與動態安全評估技術；突破含高維偏微分-微分代數方程組約束的多能流動態優化，實現能量“發輸配用儲”各環節、多主體的互動協調；揭示在信息擾動條件（含惡意網絡攻擊）下信息能量融合系統的動態行為特征和安全性機理；提出多能流綜合能量管理的自律協同算法，研發多能流綜合能量管理系統原型，涵蓋冷、熱、電、氣、交通等至少3種能源鏈，實現10個以上能量管理自律子系統的協同互動，能源網絡節點數大于1000個。

 

4. 完整器官三維結構與功能信息的精準介觀測量

 

研究內容：針對生物醫學前沿科學問題，發展精準介觀測量新原理和方法，突破現有研究手段在大體積樣本中難以進行高分辨率三維測量的瓶頸問題，實現重要器官內多維生命科學大數據的高精度獲取、重建與可視化。進而，在具有代表解剖結構、組織特征和生理病理狀態的輔助坐標或注釋中，可視化展現完整器官內不同類型細胞的結構與功能圖譜。

 

考核指標：以完整器官三維結構與功能信息的精準介觀測量為關鍵科學問題，通過對通量標記、示蹤、成像與檢測及與之配套的圖像信息處理原理和方法的變革性發展，建立全新技術體系，具體包括，1）建立全器官（厘米級生物大樣本）的原位穩態成像檢測方法，具有微米量級的體素分辨和空間定位能力，實現多尺度測量范圍（單個細胞、組織微環境、結構功能區等）和多參數（形態、表型、轉錄組或蛋白組等）并行測量與精準匹配；2）建立活體瞬態的超高靈敏原位活體成像檢測方法，具有生物組織中重要分子納摩爾（nM）量級的檢測能力；3）海量空間信息的高效并行處理與整合，對大于10TB高維數據進行多維重建與可視化。由此，為在重要器官的細胞綜合圖譜繪制中取得引領性成果提供創新性研究手段。

 

5. 人體器官芯片的精準介觀測量

 

研究內容：探索人體器官芯片生化特征介觀測量與表征新原理與方法，從分子、細胞到組織、器官甚至系統的多個層次，建立具有多參數、多維度、多模態的高分辨率在線精準檢測手段，以實現對微器官的實時監控和對微結構仿生狀態的客觀評估，并研究器官芯片的模型特征，驗證其與人體組織的相似性，為藥物篩選和疾病治療提供技術支撐。

 

考核指標：從分子、細胞到組織、器官甚至系統的多個層次，建立可與肝臟、心臟、血管等不少于三類器官芯片集成的多模態精準介觀測量與表征全新技術體系，具體包括：1）發展在毫米量級的三維空間視場下空間分辨率達到亞細胞量級的快速成像技術；2）發展成像范圍在毫米量級的高分辨率多模態檢測，空間分辨率亞微米水平；3）發展復雜環境下分子水平的超高時空分辨率檢測新技術，實現對人體芯片中生物表界面的介觀測量；4）發展三維智能仿生支架材料，原位構建人體芯片在線檢測技術，檢測指標不少于5個。實現對可用于藥物篩選與疾病療效評價的人體組織／器官芯片進行示范性的篩選評估。

 

6. 面向智能制造的軟件自動構造

 

研究內容：研究智能制造系統的領域模型和運行機理，建立面向物聯制造、定制化柔性生產、供應鏈協同優化以及智能服務的創新型信息化支撐體系架構。研究部分知識下的軟件刻畫方法，研究非完備定義下的目標軟件行為推理與預測方法，研究面向領域的軟件自動構造技術。研究面向智能制造軟件的正確性確保和性能優化技術，為自動構造軟件提供可信保障。

 

考核指標：研制面向智能制造的軟件自動構造平臺，顯著提高軟件開發生產力和軟件質量。在10家以上制造領域進行示范應用，在應用企業實現提質增效、轉型升級，為本領域服務型制造業和生產性服務業的變革性發展做出表率。

 

7.界面調控與構筑實現材料素化的原理及演示驗證

 

研究內容：跨尺度界面（晶界、相界）結構的形成、演化、調控規律；界面數量及分布、結構、成分與材料力學性能和物理性能間的關系；界面調控實現高溫合金素化原理驗證；界面調控實現熱電材料素化原理驗證。通過界面調控與構筑實現材料素化，突破材料發展過度依賴合金化的瓶頸，減少稀、貴、毒元素的使用，促進回收再利用，實現可持續發展。

 

考核指標：研究晶界調控方法以及合金元素在晶界與相界的偏析規律，在三種典型不同材料中實現材料的低能晶界含量超過50%以上，發展出高穩定性相界控制方法。建立不同類型界面與材料的力學性能、物理性能之間的關系。圍繞高溫結構素化，在鑄造高溫合金中實現合金不含錸和釕，合金密度≤8.6g/cm3、高溫強度高于1100℃/137MPa，持久壽命≥120h；在變形高溫合金中實現Co含量≤20%，特殊晶界含量>30%，760°C的σ0.2>900MPa，760°C/480MPa持久壽命>450h。降低高溫合金對稀貴資源的依賴，降低高溫合金成本。在Bi2Te3合金體系中通過界面調控實現現有無機熱電材料優值系數ZT值提升20%以上。發展環境友好型和資源節約型新型熱電材料。

 

8.下一代深度學習理論與技術

 

研究內容：面向泛在（如移動計算）、高風險（如精準醫療）、高可靠性（如智能交通）等應用場景，突破深度學習理論基礎薄弱、模型結構單一、資源消耗過高、數據依賴性強的瓶頸。研究下一代深度學習理論基礎；非神經網絡、資源節約型深度學習模型、方法及高效優化技術；適于小樣本/無監督樣本、強化/博弈學習的深度學習方法與技術。  

 

考核指標：針對深度學習模型高度非線性、參數空間分層且巨大等復雜特性，建立一套揭示深度學習工作機理的理論框架、形成一組深度學習模型分析工具與方法；研制出一系列基于非神經網絡結構的新型機器學習模型、方法與技術，在深度學習模型可解釋性、高擴展性、易配置性上取得突破；提出存儲和計算資源消耗低的多種深度學習模型與方法，設計快速高效、適用于非凸深度學習訓練的新型梯度與非梯度優化技術，大幅提升深度學習技術部署能力；研制面向小樣本、無監督樣本、弱標記樣本、非單標記樣本的深度學習方法與技術，降低深度學習對于大規模高質量標注數據的嚴重依賴；拓廣深度學習應用領域，提出適用于在線學習、強化學習、博弈學習的深度學習方法與技術。

 

9.深度神經網絡處理器的新原理、新結構和新方法

 

研究內容：深度神經網絡已在多種云端和終端應用中起到了關鍵性支撐作用。然而，現有芯片遠遠難以滿足深度神經網絡的速度和能效需求，有必要探索能高效處理大規模深度神經網絡的新型處理器的設計原理、體系結構、指令集和編程語言；探索深亞微米工藝（≤16nm）對深度神經網絡處理器設計方法的影響。研制新型深度神經網絡處理器芯片。

 

考核指標：研制能處理大規模深度神經網絡（包含一億神經元和十億突觸）的深度神經網絡處理器樣片。該樣片支持國產深度神經網絡指令集，集成硬件神經元/突觸作為其運算部分，支持硬件神經元的時分復用，支持caffe、tensorflow和mxnet等主流深度神經網絡編程框架，能完成MLP、CNN、LSTM、RNN、GAN和Faster-RCNN等主流深度神經網絡的使用，實測能效和性能超過NVidia GPU產品M40的5倍。設計深度神經網絡處理器的基準測試集，覆蓋語音、圖像和自然語言理解等應用。設計高效的深度神經網絡處理器核和片上互聯結構。研制面向深度神經網絡處理器的編程語言、編譯器和匯編器。研制面向深度神經網絡處理器的驅動和系統軟件。完成深度神經網絡處理器在超過100萬部移動終端中的應用部署。

 

10. 面向生物醫學應用研究的新型太赫茲輻射源

 

研究內容：面向太赫茲波生物效應及檢測等生物醫學應用，突破傳統太赫茲輻射源物理機理，探索變革性新型太赫茲輻射機制，利用自由電子與石墨烯等新型材料及新型結構互作用，產生寬頻帶可調諧、大功率、連續波小型化相干太赫茲輻射。

 

考核指標：探索自由電子與新型材料及新型結構互作用產生太赫茲輻射源的新機理，揭示太赫茲輻射的物理規律，研發出基于自由電子的太赫茲頻段可調諧、連續波、室溫工作、輸出功率瓦級的相干太赫茲輻射源。

 

11.類生物體靈巧假肢及其神經信息通道重建

 

研究內容：圍繞“再造人手功能”的科學目標，探索操作感知一體化類生物體靈巧假肢設計、制造及其與神經系統的信息通道重建方法。重點研究基于軟體材料的靈巧假肢機構設計制造原理，人手運動信息的神經編碼規律與新一代神經控制模型，傳感信號的神經傳入機制及假肢的自然感覺功能再造方法。

 

考核指標：建立基于主動功能材料的軟體機構設計、制造與運動控制原理，研發具有類生物體機械特性的新一代靈巧假肢機構；研制神經信號的高分辨率無創測量系統，揭示肢體運動信息在神經單元中的編碼規律，建立假肢多自由度運動的神經控制模型，實現10~15種離散動作模式的準確控制及2~4個自由度的連續運動控制；建立非侵入式電觸覺系統的刺激編碼與控制方法，重建假肢觸覺傳感信號的神經傳入通道，解決觸感位置及觸覺模式的有效分辨問題，實現假肢觸覺信息的自然反饋。完成操作感知一體化類生物體靈巧假肢的樣機研制與功能驗證。

 

12.組合特征復雜曲面光學元件納米精度制造基礎

 

研究內容：具有特殊組合特征的多面共體自由曲面光學系統，為下一代大視場、高分辨率成像系統產生顛覆性效果，瓶頸難題是組合特征多面共體的控形控位制造，需研究多面共體自由曲面光學元件設計、檢測和加工方法，形成其智能制造新理論、工藝與方法，包括形位誤差測量的感知智能、工藝決策的認知智能以及可控柔體制造的智能工具與裝備。

 

考核指標：形成制造約束多面共體自由曲面光學系統設計方法，建立該類光學系統可靠描述的精確表達模型；揭示多面共體自由曲面光學系統的像差形成機理，建立面形與位姿誤差協同的測量模型和像差解耦機制；建立復雜曲面多方法互檢的統計檢驗與推斷模型，形成納米精度復雜光學表面誤差信息的原位表征方法與理論；揭示組合特征復雜曲面多物理特性再構機理和光學制造過程精度演進規律，形成加工過程中多因素的協同機制和智能制造理論；解決異形組合光學表面研拋邊緣效應、曲率非線性效應、誤差收斂一致性等難題，研制加工檢測一體化智能光學制造裝備，創新智能可控柔體光學制造工藝與裝備。

 

13. 有望培育變革性技術的重大科學問題研究 

 

目前已在科學前沿取得國際公認的重大創新，經過3~5年研究，在科學上取得重大原創突破，有望培育形成對產業變革和經濟社會發展具有重大影響的技術原型。