《2020全球前沿科技热点研究》发布，“数字孪生”助特斯拉成功

上海图书馆（上海科学技术情报研究所）近日发布了《2020全球前沿科技热点研究》报告，评选出7个领域的20项前沿科技热点。政府部门和各类创新主体可通过这份报告，了解这些科技热点的概念内涵和全球研发趋势，以便早作布局，下好先手棋。

技术融合趋势日益明显

上海科技情报研究所信息咨询与研究中心副主任陈晖研究员介绍，研究团队定性分析了国内外多个科技战略或计划的权威文本、主流咨询机构发布的前瞻性报告，同时定量分析了国内外多个权威专利数据库、学术论文数据库、科技媒体语料库，从而筛选出2020年自然科学与应用技术领域的前沿研发热点。

7个领域的20项前沿科技热点分别是——

信息技术领域8项：量子计算与量子计算机、光子芯片、极紫外光刻、脑机接口、扩展现实、人工智能+、情感计算、数字货币；

生命与健康领域4项：mRNA（信使核糖核酸）疫苗、病毒的抗体疗法、蛋白质稳态、碱基编辑器；

材料领域2项：液态金属氢、室温超导材料；

能源领域1项：无钴化电池；

空间及交通运输领域2项：重型火箭、空天飞机发动机；

生态、气候与环境领域1项：零碳技术；

先进制造领域2项：数字孪生、协作机器人。

陈晖表示，当今科技发展越来越专门化的同时，技术融合趋势也日益明显，如脑机接口涉及神经科学、信号检测与处理、模式识别等多个领域，其研究范围涵盖认知科学、计算机科学、生物医学工程、心理学、数学、机器人控制、临床医学等诸多学科。数字孪生也涉及众多领域的关键技术，如建模、仿真、虚拟现实、增强现实、混合现实、数字线程、系统工程、物联网、云计算、边缘计算、大数据、机器学习、区块链等。

数字孪生推动制造业转型

在这些热点中，数字孪生与上海城市数字化转型密切相关。所谓数字孪生，是以数字化形式对某一物理实体的过去和目前的行为或流程进行动态呈现。通俗地讲，就是应用数字技术为实物产品、制造流程乃至整个工厂进行模拟仿真，为其创造一个数字版的孪生体。

2003年，密歇根大学学者首先提出这一概念的初始思想。近年来，随着大数据、5G、区块链、边缘计算等前沿技术的快速发展，数字孪生已经从单纯的概念走向市场化应用。德勤咨询在《技术趋势2020》报告中，重点关注了数字孪生相关技术及其应用，并预测数字孪生市场未来5年内的年均复合增长率将达38%，市场规模将从2019年的38亿美元增至2025年的358亿美元。

例如，特斯拉汽车公司成功的背后，就有数字孪生技术支撑。2011年，这家企业推出了“设计工作室”，赋予其超级工厂数字孪生制造能力。作为这种技术产业化应用的试水者，特斯拉成功的一大原因，是它针对汽车制造的特点，对美国国家航空航天局（NASA）的数字孪生进行“降维”使用，即降低仿真精度要求，简化相关流程，因为汽车的制造精度要求低于航天器。特斯拉把数字孪生体模型作为所有数据的载体，在此基础上进行分析和制造，这个流程不断循环改进，为生产的每一辆汽车提供数字化解决方案。

如今，长三角的一些制造企业在数字化转型中已经试水数字孪生技术，如上汽大通应用这种技术实现了汽车的定制化，缩短产品交付周期达20%，配置精确度达99.8%。但上海科技情报研究所认为，总体来说，数字孪生技术在长三角的普及应用还有待加强。

谈及上海在数字孪生领域的创新策源，陈晖从技术生态系统角度做了分析。在基础支撑层，上海有较好基础，物联网等技术国内领先；在数据互动层，上海在5G、传感器等方面有很多积累，但需要关注新兴技术的创新动向。在模型构建层与仿真分析层，涉及建模、仿真、控制软件以及与之相关的大数据、人工智能、云计算、虚拟现实/增强现实/混合现实/扩展现实（VR/AR/MR/XR）等技术，上海需要加大研发力度，不能在这方面受制于人。值得一提的是，扩展现实也是20项前沿科技热点之一，它是虚拟现实、增强现实、混合现实和其他沉浸式技术的统称，让真实的工厂生产线与虚拟的数字孪生系统高度融合。