问题类型
全部 前沿科学问题 工程技术难题 产业与技术问题
学科领域
全部 数理化基础科学 生命健康 地球科学 生态环境 制造科技 信息科技 先进材料 资源能源 农业科技 空天科技 其他
征集年度
全部 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018
人工智能 低碳节能 神经网络 信息表征
人工智能技术的进步得益于人类大脑的研究进展和发现。通过学习人类视觉神经系统，发现了卷积神经网络解决机器视觉的问题；通过学习人类大脑的奖励机制，发现了强化学习的方法，大大提升了机器学习效率。但在能量的使用方面，机器对数据的处理和对能量的消耗是大脑的数千倍。由此引出了这个重要科学问题：如何实现低能耗人工智能？解决这一问题可能的两条路径，一是算力硬件领域的进步，仿照人类神经元的组成和工作原理，突破现有计算机的架构，实现低能耗人工智能计算。二是算法领域的进步，发现和学习人类神经元信息处理的方式，突破信息表征新范式，实现低数据处理量的人工智能计算方法，实现低能耗人工智能。
推荐机构： 中国移动科学技术协会
2023年度
化石 白垩纪 生态系统 生物多样性
现代陆地生态系统形成于白垩纪中期。它的出现也改变了能量流动和碳、磷等关键元素的循环过程，深刻影响了地球表层系统的演化进程。了解“白垩纪陆地革命”的起因、过程和动力机制是解答现代陆地生态系统起源问题的关键。
推荐机构： 中国古生物学会
脑机接口 脑疾病 脑电信号
脑机接口系统旨在建立一种脑与外部设备之间直接的双向交流通道，以同时实现对外部设备的控制和对脑的调控，从而达到监测脑状态、治疗脑疾病、增强脑功能等目的。 按照信息采集的方式，脑机接口可以分为侵入式和非侵入式两种技术路径。 侵入式脑机接口直接与神经元紧密接触，在神经信号质量和神经调控精度等关键性能上有着天然的优势，但植入手术对大脑的创伤和植入器件长期在体的安全性等问题是当前瓶颈。侵入式脑机接口是一个复杂的系统，涉及电极、芯片、算法、植入等多种关键技术，包括：生物器件集成电路制造技术，用于提高脑机接口记录带宽；超薄超柔电极制备技术，实现海量神经活动信号的长期稳定获取；神经信号模拟域特征提取技术，实现海量神经信号的实时探测、处理和压缩，大幅降低数字神经网络的规模和功耗；微创植入技术，自动躲避血管，减少植入创伤。 非侵入式脑机接口，是目前最常采用的脑信号采集路径，也是在商业化探索中更有望率先落地的技术路径。虽然采集的信号强度远远弱于侵入式脑机接口方案，信噪比低，时空分辨率更模糊，但因为这种方案不会对脑组织造成创口伤害，因此在普惠式应用方面更有潜力。非侵入式脑机接口当下的研究重点，一方面在于信号监测和分析设备及算法的改进、放大器的尺寸、如何降低信号噪声和提高信号可用性；另一方面在于与多种潜在应用场景深度结合，探索应用潜力。非侵入式脑机接口的潜力在于探索在更多场景中的应用，比如专注力提升、解决失眠问题、自闭症干预治疗、阿尔兹海默症延缓等等。此外，将非侵入式脑机接口与VR、机械外骨骼等外界技术手段结合，在瘫痪康复治疗领域也有着巨大的应用前景。 虽然脑机接口技术的临床应用前景广阔，但在性能、精准、高效、安全等方面仍存在众多挑战，例如：开发长期稳定、生物兼容、时空分辨率高的神经信号采集及神经刺激硬件；开发精确、稳定的脑机接口解码算法，以达到对各种复杂外部设备的精细控制；开发精准、鲁棒的脑机接口调控算法，以达到对各种大脑状态有效、安全的调控；研究脑接机口技术的伦理与数据安全等，真正的脑机接口离应用临床还有很长一段路要走。
推荐机构： 中国图书馆学会
轮轨耦合系统 更高速度 轮轨系统能量场 轮轨系统耗能机理 智能诊断
列车运营速度是衡量一个国家铁路发展水平和工业科技水平的重要指标之一，当前世界各国为了提高影响力和竞争力，多个国家已计划或规划进一步提高列车运营速度。而轮轨系统耦合机理是制约轮轨制式交通运营速度、安全舒适性进一步提升的关键科学问题。在更高速度条件下，轮轨瞬态滚动接触行为变的更为复杂，存在强摩擦力、多环境能量场交互、高应变率载荷等复杂效应。轮轨系统复杂的耦合接触行为将导致轮轨系统能量场发生不可预知的变化，并在轮轨系统能量场交互机制作用下，产生车辆-轨道系统能量重构现象，影响车辆和轨道系统的能量耗散响应，若能量耗散不合理，将导致车辆和轨道系统关键部件的伤损，严重影响列车运行的安全性。因此如何探明更高速度条件下的轮轨耦合机理及能量场分布特征是提高运营速度、提升安全性和舒适性，并降低车辆和轨道系统部件伤损的关键核心科学问题，是完善我国高速铁路全面系统正向设计理论和方法体系，研制我国新一代高速列车，提升我国铁路行业国际竞争地位，彰显国家工业科技水平和综合国力的核心基础。
推荐机构： 中国铁道学会
新能源基地 荒漠化地区 特高压输电 安全送出
我国是世界上荒漠化面积最大、受风沙危害最重的国家之一，全国荒漠化土地约占国土面积的1/4。国家提出以沙漠、戈壁、荒漠为重点建设数亿千瓦大型风光基地，推动构建以清洁低碳能源为主体的能源供应体系，加快能源绿色低碳转型。 由于荒漠新能源基地所在地区大多处于电网末端，电网支撑弱，经济欠发达，本地负荷小，新能源基地缺少大电网支撑，安全运行面临挑战，无法就地消纳。 为此，要将荒漠化地区改造成为绿色能源基地，亟需解决如何在缺乏电网支撑的情况下实现数亿千瓦荒漠新能源发电基地安全稳定送出的关键问题。
推荐机构： 中国电机工程学会
长周期储能技术 新型电力系统 电力电量平衡 大容量高效率
由于新能源发电出力波动大、可靠出力低，随着新能源装机占比不断扩大，以及煤电的逐步退出，新型电力系统面临严峻的电力电量平衡及保供挑战。大规模、长周期储能技术可以实现大规模能量的长时间存储、转移和转换，对于提升新型电力系统长周期灵活性及充裕性具有重要作用，同时也关系着未来系统的演化路径和电网形态，但目前国内外新能源发展场景、路径有很大差异，长周期储能技术的定义、需求也不同，当前的储能类型多样，但满足我国新型电力系统建设的长周期储能技术尚无明确答案，，适用于新型电力系统的大容量、高效率、具有成本经济性的长周期储能方式还一直在探索与研究之中，大规模工程应用和实践尚未开展。
芯粒 信息通信 先进封装 芯片互联
相比传统芯片，Chiplet（芯粒或小芯片）技术可有效降低成本，提升集成规模和设计效率，缓解对先进工艺的依赖。但是由于我国在标准制定、技术研究、产品研发、生态构建等方面与国外先进水平相比存在一定差距，导致目前国内Chiplet技术和产业发展缓慢。同时过去二十年中我国信息通信行业实现了跨越式发展，形成了广泛的应用场景、完善的产业生态以及充足的人才储备，为发挥新型举国体制开展关键核心技术攻创造了条件。据分析，Chiplet技术有望应用于5G基站、数据中心、人工智能平台等信息通信产业核心环节，提供更低成本、更高算力的基础设施。因此如何借助我国信息通信产业优势，快速实现Chiplet技术和产业突破，突破芯片技术封锁，是当前面临的一项重要产业技术问题。
推荐机构： 中国通信学会
铁路 超高速列车 碳纤维复合材料
根据国家“双碳”发展战略部署，时速600公里高速磁浮、时速400公里及以上动车组及双层动车组为代表的超高速列车凭借高速高效、轻量智能、节能环保的优势，必将成为未来主流产品，而解决其存在的高速-能耗-低碳、轻量-安全-大载荷突出矛盾是今后发展最主要问题。因此，寻求综合性能优良的新材料、新结构，突破传统金属材料的局限 ，形成更轻、更强的材料-结构-工艺一体化核心技术解决方案，是确保高速列车领域技术引领地位、扩展国际话语权的基础，也将为国家战略新型材料在高端装备领域应用提供产业牵引。 以碳纤维为代表的国家战略新型材料，具有高强度、高模量、耐腐蚀、耐疲劳、可设计性强等优异性能，是解决高速-能耗-低碳、轻量-安全-大载荷矛盾问题、实现高速列车轻量化的绝佳选择。 1. 技术问题： （1）如何借鉴高速动车组研发流程，结合复材积木式验证方法，形成顶层设计、层层分解、仿真-试验对比分析、循环迭代的科学高效的研发流程？ （2）如何建立轨道车辆行业复合材料专有数据库，打造涵盖试样-元件-组件-大部件的多层次仿真试验平台，形成完善的研发能力？ （3）如何结合仿真分析指导试验策划，验证整车及各系统部件强度、刚度、防火及电磁兼容等综合性能？ （4）如何基于材料-结构-工艺一体化及力学、防火、噪声、电磁兼容等功能一体化理念，开发高效低成本的材料选型技术？ （5）如何基于柔性理念，兼顾产品的力学、功能性、工艺性，建立高速列车专属的铺层设计技术？ （7）如何解决高速列车车体、转向架等大型部件的损伤容限、检测效率、原位检测能力及开发大型件内缺陷检测方法等问题？ （8）如何基于前期积累的试验数据，持续完成复合材料工程基础数据库，形成高速列车用复合材料系统系统标准体系？ （9）如何建立高速列车车体、转向架等厚大复杂部件的修复相关技术，包括修复检测、评估、工艺、体系及标准等？ 2. 工艺问题： （1）如何开发基于拉挤、编织、缠绕等核心工艺及相关辅助工艺的高速列车专属成型工艺体系？ （2）如何提升复合材料拉挤工艺的自动化水平，如原材料的自动化识别和上料、自动送丝及位置在线矫正、自动化浸胶以及产品在线自动检测？ （3）如何解决编织工艺中轴向纤维比例低、张力不均、纤维角度偏差、编织条纹混乱等问题，保证大曲率大厚度复杂承载部件成型及高效率制造？ （4）如何解决缠绕工艺中质量不均、空隙率大、树脂分布、气泡含量多等问题，提供纤维准确率高、连续性好的一体化解决方案？ 3. 产线问题： （1）如何建立适合复合材料产品生产的智能化生产线，包括智能视觉识别系统、机器学习、大数据处理等配套技术？ （2）如何开发针对复合材料列车总装中自动化定位、自动化钻孔铆接、自动化涂胶、自动化尺寸测量和检测的复合材料产品组装生产线？ （3）如何开发薄壁多腔、低成本自动化的型材高精度拉挤与高效低成本RTM等工艺技术与配套系统装备生产线？ （4）如何建立适合高速列车转向架产品的编织、缠绕工艺生产线，包括自动化模具预处理、自动化在线线型设计、自动化打磨和加工？
推荐机构： 詹天佑科学技术发展基金会
聚变堆 氘氚聚变 燃烧等离子体 高约束运行
为获得足够大的聚变功率，并保证自持燃烧所需的足够高的氚增殖率，未来聚变堆运行需要将其芯部等离子体密度、温度和约束性能提升足够高，聚变核心综合参数“三乘积”达到1021量级，以实现稳态燃烧。在此苛刻条件下，堆芯高性能燃烧等离子体运行将面临如下挑战。 1、电流驱动问题： 如何在大电流、高密度条件下获得足够的离轴驱动电流来维持等离子体高约束运行，避开大尺度磁流体不稳定性,实现完全非感应得稳态运行已成为未来聚变堆稳态燃烧的关键核心问题。大电流高密度下的电流驱动问题可分解为两个子问题：外部电流驱动和自举电流。对于外部非感应驱动电流：一方面，外部射频波将难以深入沉积到等离子体内部从而无法获得理想的加热和电流驱动效果。中性束加热则要求更高的束能量（或高达几十万电子伏），且由于中性束注入沉积剖面较宽，单独依靠现有的中性束注入技术难以获得离轴峰化的电流驱动剖面；另一方面，随着堆芯等离子体提升，离轴驱动出目标磁剪切剖面所需非感应驱动电流更大，同时随着密度提升，外部电流驱动电流份额又会显著下降。对于驱动聚变堆目标磁剪切和自持的另一个关键参数—自举电流：大等离子体电流使得其份额显著下降，而提升密度则有助于其份额提升。注意到，提升等离子体约束性能可显著提升自举电流。如何在堆芯大电流、高密度等离子体运行条件下发展效率更高、具有技术颠覆性的外部非感应电流驱动手段获得更为理想的外部电流份额和沉积剖面，如何提升等离子体约束性能进而大幅提升自举电流份额，是聚变堆燃烧等离子体下实现电流驱动所亟待解决的两大问题。 2、加料与排灰问题： 在燃烧等离子体高密度条件下，传统加料方式难以深入等离子体内部，从而使得芯部等离子体燃烧效率显著降低。弹丸加料虽可进行深度加料，但其会导致密度剧烈波动，严重影响等离子体稳定运行。高密度等离子体燃料粒子深度加料和稳定控制已成为未来聚变堆高参数稳定运行关键核心问题之一。 另外，堆芯燃烧等离子体高参数运行期间，会产生大量氦灰，这些氦灰堆积在芯部会严重影响等离子体性能，甚至导致大破裂。在高约束条件下，尤其是内部输运垒存在时，如何在兼容高约束运行的同时排除燃烧等离子体芯部的氦灰也是未来聚变堆稳态燃烧的关键核心问题之一。 3、等离子体与壁相互作用问题 聚变堆高参数运行期间，流入刮削层的来自芯部的高热负荷（尤其是边缘局域模爆发时），会对偏滤器面向等离子体材料造成严重破坏，堆芯高参数运行期间的偏滤器高热负载问题已成为聚变堆安全稳定运行最具挑战性的问题之一。此外聚变堆运行期间会释放大量中子、可能逃逸部分高能粒子，这些将对第一壁材料和结构的稳定性造成巨大挑战。 堆芯高参数等离子体强烈作用于第一壁，会在等离子体边缘产生大量杂质，这些杂质（尤其是高Z杂质）可通过输运进入芯部等离子体，稀释主等离子体浓度，并产生大量辐射，使得主等离子体聚变效率和约束性能显著下降，如何降低壁杂质回流对芯部主等离子体的影响已成为维持聚变堆稳态燃烧的关键核心问题之一。 4、燃烧等离子体物理理解 堆芯等离子体高能量粒子（特别是α粒子）的输运和损失直接关系到核聚变反应的发生率和可持续性。实现可观的氘氚聚变反应，需要等离子体离子温度达到1亿度以上，聚变核心综合参数“三乘积”达到1021量级，国际聚变界对这种极端条件下燃烧等离子体物理的理解依旧非常不足。截至目前，国际上的聚变实验装置开展过氘氚聚变实验的仅有美国的TFTR和欧洲的JET，且实验数据库样本较少，尚未系统开展燃烧等离子体下本底粒子行为和高能离子行为的研究。探索燃烧等离子体下本底粒子输运以及同位素效应等，理解α粒子输运与损失机理，发展可靠的高能量粒子损失控制手段，是未来聚变堆所必须面临和解决的关键性科学和技术问题。 5、大尺度磁流体不稳定性控制问题 边缘局域模控制：堆芯等离子体高约束运行期间，可能产生大尺度边缘局域模，其会对偏滤器造成严重损坏，同时导致芯部约束性能瞬间下降，严重影响芯部等离子体稳定运行，而小尺度边缘局域模则有利于芯部杂质排出。如何控制大尺度边缘局域模产生，维持兼容芯部高参数运行的小尺度边缘模，已成为聚变堆稳定运行的关键核心问题之一。 高拉长比等离子体垂直不稳定性控制：堆芯等离子体高参数运行需要依托高拉长比，而高拉长比则伴随着强烈的垂直不稳定性，其会引发垂直位移事件VDEs导致大破裂，从而对聚变堆内部件造成极其严重的损坏。如何有效控制高拉长比等离子体垂直不稳定性是保证未来聚变堆安全稳定运行的最为重要问题之一。 高比压撕裂模和电阻壁模控制：聚变堆高比压运行条件下，等离子体压强会驱动（新经典）撕裂模、电阻壁模等宏观磁流体不稳定性，最终导致等离子体放电大破裂。为保证聚变堆经济效益，在高比压、高参数运行条件下，使用哪些控制手段，如何抑制撕裂模、电阻壁模等宏观不稳定性是未来聚变堆稳定运行必须解决的关键问题。 6、破裂安全防护问题 聚变堆大电流高参数等离子体一次意外所致的大破裂将伴随巨大的热负载、电磁负载和逃逸电子，其可对装置造成致命损坏，如何对预测大破裂发生，在大破裂不可避免时对破裂负荷进行有效缓解，保障装置运行安全，是聚变堆大电流高参数运行所必须考虑的重大问题。 为获得足够高的聚变功率，并保证自持燃烧所需的氚增殖率，未来聚变堆需要将其芯部等离子体温度、密度和能量约束时间提升足够高，聚变核心综合参数“三乘积”达到1021量级，以实现稳态自持的燃烧。在此苛刻条件下，堆芯等离子体稳定运行将面临严峻挑战，如电流驱动、深度加料与排灰、强烈等离子体与壁相互作用下的等离子体控制、燃烧等离子体物理理解、大尺度磁流体不稳定性控制以及破裂安全防护等。 为获得足够大的聚变功率，并保证自持燃烧所需的足够高的氚增殖率，未来聚变堆运行需要将其芯部等离子体密度、温度和约束性能提升足够高，聚变核心综合参数“三乘积”达到1021量级，以实现稳态燃烧。在此苛刻条件下，堆芯高性能燃烧等离子体运行将面临如下挑战。 1、电流驱动问题： 如何在大电流、高密度条件下获得足够的离轴驱动电流来维持等离子体高约束运行，避开大尺度磁流体不稳定性,实现完全非感应得稳态运行已成为未来聚变堆稳态燃烧的关键核心问题。大电流高密度下的电流驱动问题可分解为两个子问题：外部电流驱动和自举电流。对于外部非感应驱动电流：一方面，外部射频波将难以深入沉积到等离子体内部从而无法获得理想的加热和电流驱动效果。中性束加热则要求更高的束能量（或高达几十万电子伏），且由于中性束注入沉积剖面较宽，单独依靠现有的中性束注入技术难以获得离轴峰化的电流驱动剖面；另一方面，随着堆芯等离子体提升，离轴驱动出目标磁剪切剖面所需非感应驱动电流更大，同时随着密度提升，外部电流驱动电流份额又会显著下降。对于驱动聚变堆目标磁剪切和自持的另一个关键参数—自举电流：大等离子体电流使得其份额显著下降，而提升密度则有助于其份额提升。注意到，提升等离子体约束性能可显著提升自举电流。如何在堆芯大电流、高密度等离子体运行条件下发展效率更高、具有技术颠覆性的外部非感应电流驱动手段获得更为理想的外部电流份额和沉积剖面，如何提升等离子体约束性能进而大幅提升自举电流份额，是聚变堆燃烧等离子体下实现电流驱动所亟待解决的两大问题。 2、加料与排灰问题： 在燃烧等离子体高密度条件下，传统加料方式难以深入等离子体内部，从而使得芯部等离子体燃烧效率显著降低。弹丸加料虽可进行深度加料，但其会导致密度剧烈波动，严重影响等离子体稳定运行。高密度等离子体燃料粒子深度加料和稳定控制已成为未来聚变堆高参数稳定运行关键核心问题之一。 另外，堆芯燃烧等离子体高参数运行期间，会产生大量氦灰，这些氦灰堆积在芯部会严重影响等离子体性能，甚至导致大破裂。在高约束条件下，尤其是内部输运垒存在时，如何在兼容高约束运行的同时排除燃烧等离子体芯部的氦灰也是未来聚变堆稳态燃烧的关键核心问题之一。 3、等离子体与壁相互作用问题 聚变堆高参数运行期间，流入刮削层的来自芯部的高热负荷（尤其是边缘局域模爆发时），会对偏滤器面向等离子体材料造成严重破坏，堆芯高参数运行期间的偏滤器高热负载问题已成为聚变堆安全稳定运行最具挑战性的问题之一。此外聚变堆运行期间会释放大量中子、可能逃逸部分高能粒子，这些将对第一壁材料和结构的稳定性造成巨大挑战。 堆芯高参数等离子体强烈作用于第一壁，会在等离子体边缘产生大量杂质，这些杂质（尤其是高Z杂质）可通过输运进入芯部等离子体，稀释主等离子体浓度，并产生大量辐射，使得主等离子体聚变效率和约束性能显著下降，如何降低壁杂质回流对芯部主等离子体的影响已成为维持聚变堆稳态燃烧的关键核心问题之一。 4、燃烧等离子体物理理解 堆芯等离子体高能量粒子（特别是α粒子）的输运和损失直接关系到核聚变反应的发生率和可持续性。实现可观的氘氚聚变反应，需要等离子体离子温度达到1亿度以上，聚变核心综合参数“三乘积”达到1021量级，国际聚变界对这种极端条件下燃烧等离子体物理的理解依旧非常不足。截至目前，国际上的聚变实验装置开展过氘氚聚变实验的仅有美国的TFTR和欧洲的JET，且实验数据库样本较少，尚未系统开展燃烧等离子体下本底粒子行为和高能离子行为的研究。探索燃烧等离子体下本底粒子输运以及同位素效应等，理解α粒子输运与损失机理，发展可靠的高能量粒子损失控制手段，是未来聚变堆所必须面临和解决的关键性科学和技术问题。 5、大尺度磁流体不稳定性控制问题 边缘局域模控制：堆芯等离子体高约束运行期间，可能产生大尺度边缘局域模，其会对偏滤器造成严重损坏，同时导致芯部约束性能瞬间下降，严重影响芯部等离子体稳定运行，而小尺度边缘局域模则有利于芯部杂质排出。如何控制大尺度边缘局域模产生，维持兼容芯部高参数运行的小尺度边缘模，已成为聚变堆稳定运行的关键核心问题之一。 高拉长比等离子体垂直不稳定性控制：堆芯等离子体高参数运行需要依托高拉长比，而高拉长比则伴随着强烈的垂直不稳定性，其会引发垂直位移事件VDEs导致大破裂，从而对聚变堆内部件造成极其严重的损坏。如何有效控制高拉长比等离子体垂直不稳定性是保证未来聚变堆安全稳定运行的最为重要问题之一。 高比压撕裂模和电阻壁模控制：聚变堆高比压运行条件下，等离子体压强会驱动（新经典）撕裂模、电阻壁模等宏观磁流体不稳定性，最终导致等离子体放电大破裂。为保证聚变堆经济效益，在高比压、高参数运行条件下，使用哪些控制手段，如何抑制撕裂模、电阻壁模等宏观不稳定性是未来聚变堆稳定运行必须解决的关键问题。 6、破裂安全防护问题 聚变堆大电流高参数等离子体一次意外所致的大破裂将伴随巨大的热负载、电磁负载和逃逸电子，其可对装置造成致命损坏，如何对预测大破裂发生，在大破裂不可避免时对破裂负荷进行有效缓解，保障装置运行安全，是聚变堆大电流高参数运行所必须考虑的重大问题。
推荐机构： 中国能源研究会
石油基 炭材料 高端化 针状焦
石油基炭材料及其制备的石墨制品，在国防军工、航空航天、核工业、冶金、新能源汽车等诸多领域得到了广泛的应用，但在超高功率石墨电极本体及接头、高能量密度锂电池负极材料、各向同性核石墨、高性能沥青基碳纤维、优质炭素材料用石油沥青等产品国内还以中低端为主，高端产品还主要依赖进口，有些甚至受到严格管控。因此实现石油基炭材料的高端化发展，尤其在“双碳”目标下，实现炼油“油转特”转型升级具有很现实的意义。必须加大高端应用技术研发，打造具有自主知识产权的高端炭材料生产技术。
推荐机构： 中国石油学会
