分布式制造、神经形态技术 、数字基因组 、石墨烯，这些你都了解吗？

习近平总书记指出：

  从国际经验看，一个国家发展从根本上要靠供给侧推动。一次次科技和产业革命，带来一次次生产力提升，创造着难以想象的供给能力。当今时代，社会化大生产的突出特点，就是供给侧一旦实现了成功的颠覆性创新，市场就会以波澜壮阔的交易生成进行回应。我看了一份材料，说在2015年世界经济论坛新兴技术跨界理事会上，18位科学家选出2015年十大新兴技术榜单，包括燃料电池汽车、新一代机器人、可循环利用的热固性塑料、精准基因工程技术、积材制造、自然人工智能、分布式制造、能够感知和避让的无人机、神经形态技术、数字基因组。我去年访问英国时，在曼彻斯特大学国家石墨烯研究院，诺贝尔物理学奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫教授和安德烈·海姆教授给我介绍了石墨烯研发情况和开发利用前景。石墨烯是一种新材料，发展前景十分广阔，所以英国政府和欧洲研究与发展基金会都给予了大力支持。这些科技创新带来了科技的飞跃，也将为经济发展提供强劲动力。因此，推进供给侧改革，必须牢固树立创新发展理念，推动新技术、新产业、新业态蓬勃发展，为经济持续健康发展提供源源不断的内生动力。

——《在省部级主要领导干部学习贯彻党的十八届五中全会精神专题研讨班上的讲话》

（2016年1月18日）

分布式制造 

DISTRIBUTED MANUFACTURING

分布式制造以3D打印和大数据为基础。顾客可以从开源的设计库网站下载数字化的设计，然后在分散的3D打印服务中心或者家中的开源3D打印机制造出低价的产品。

传统制造业是把原材料收集起来，加以组装，并在大型集中式的工厂中把产品制作成型，之后再分销至顾客手中。但是这个过程有很多缺点，例如，在产品生产与流通过程中，会消耗大量的资源；在消费端，产品不一定能真正受到用户的喜欢。

而解决传统制造业这些痼疾的最好方式，就是建立以大数据为支撑的设计师平台，结合3D打印“个性化定制”的优点，打造出遍布世界各地的分布式制造点。分布式制造，一个社区或者群体共享一台3D打印机，享受的是3D打印机带来的整个服务，包括3D模型制作、3D打印后期处理等。3D打印其实包括很多过程，包括模型制作、3D打印、后期成型等，这个过程较为复杂，甚至需要消费者对3D打印有充分的了解。而采用分布式制造的方式，把这些服务交给网点来完成，消费者可直接享受产品。可以预见，在这种制造方式的影响下，未来电商的作用会大大缩减，只能销售3D打印技术无法完成的产品，而物流的作用，更多地体现在对3D打印耗材的配送上。

现在国际上的两家3D打印巨头，3D Systems以及Stratasys也尝试过分布式制造的方法，即社区共用一台3D打印机。这样，在享受3D打印便利的同时，还可以避免3D打印机闲置和资源的浪费。在产业布局方面，这两家公司已经在打造线上的平台。Stratasys公司花了1亿美金，收购线上设计师平台GrabCad，其目的就是要完成设计师平台的融合，为将来的分布式制造做准备。

有了完善的设计师平台，在人群聚集的互联网上，创新思想就可以得到实现，再加上以3D打印机为工具的分布式制造点，可以为制造点周边的普通用户提供个性化定制的产品。我们可以想象一下，未来的服装店，将会把顾客的身材数据扫描之后传输到云端数据库，配合设计师的设计方案，以最贴身、最舒服的结果，在顾客就近的分布式制造点将产品打印出来。

分布式制造将改变第二次工业革命产生的以装配生产线为代表的大规模生产方式，产品生产从传统的批量化、标准化向个性化、定制化转变，实现生产模式的根本变革。

神经形态技术 

NEUROMORPHIC TECHNIQUES

2016年，在吸引了全世界关注的围棋人机大战中，阿尔法围棋以4∶1战胜了李世石。这件事引起了人们对人工智能的广泛关注。“深度学习”“神经网络”等概念瞬间成为了网络热词。

也许你会想，计算机为什么会和神经有关系？要知道，围棋中的每一步都有着上百种变化，在一局对弈中如果列举出所有可能的情况，将会比全宇宙中的原子数量还要多，这就是人们认为机器无法战胜人类的根本原因。但是我们忽略了一点，人类仿照斑马制造了迷彩服，仿照蝙蝠制造了雷达，仿照鸟类制造了飞机，这一次，我们模仿了自己的神经，创造出的神经网络可以像人一样通过不断学习来加强神经之间的联系，最终战胜了人类自己。

神经形态技术是比神经网络更进一步的技术，神经网络是利用已有的计算机节点进行计算，使用软件模仿人类神经网络，而神经形态技术指从计算机结构上通过模仿人脑构造来大幅提升计算机的数据处理能力和机器学习能力。神经形态技术从更底层上改变了计算机的核心结构，实现起来难度也更大。

在传统的计算机芯片架构中，存储器与中央处理器之间的数据传输会消耗大量能源，产生多余热量，这一瓶颈限制了计算机的进一步改进。通过对人脑构造的模仿，基于神经形态技术的芯片能效更高、性能更强，可将负责数据存储和数据处理的元件整合到同一个互联模块当中，这一系统与组成人脑的数十亿计的、相互连接的神经元颇为相仿。在执行某些任务时，其能效可达到传统中央处理器的数百倍，而能耗和体积却要小得多。神经网络技术虽然还是基于传统的计算机结构，但是已经证明了在计算机方面，模仿神经是一个很成功的尝试，如果能从计算机的结构入手，必将带来更大的突破。

神经形态技术将来可以在语音识别、图像识别、天气预报、人工智能等领域发挥重要作用。结构的优化带来的性能提高可以进一步减小计算机的体积，同时，计算能力的提高也将带动机器学习、人工智能等领域的发展。未来的机器将在更多的方面解放人类的劳动力，也会将我们带入一个全新的人工智能时代。

数字基因组 

DIGITAL GENOME

数字基因组概念起源于“人类基因组计划”，基因组测序从第1代测序技术——基于电泳分离的Sanger法、第2代测序技术——基于高通量化学技术的循环阵列合成测序法，开始进入第3代测序技术——单分子测序和纳米测序。测序技术从手工的一次一个样品发展成为基于大规模阵列的高度自动化技术，可以轻松实现一次对几十万甚至几百万条DNA分子进行序列测定。

人体基因组由30亿DNA碱基对组成，历史上第一次对其排序时，由6个国家协作，花了13年时间，耗资高达约30亿美元。而今天，由于基因测序技术的发展，只需要1～3天，花费近千美元，便可以完成个人基因组的排序和数字化。

数字基因组指利用最新的基因测序技术对某一物种或生命体的基因序列进行数字化解析。通过个体化的基因测序，可以探明每个人独有的遗传结构，根据个人的基因编码进行有效的健康指导。

人类健康所面临的许多难以对付的挑战，如心脏病、肿瘤、血液病等，都有着与之对应的遗传因素。运用并解析基因组数字化信息之后，医生将能通过分析疾病与基因的关系来决定如何治疗患者。利用这一新知识也有助于制定具有高度针对性的疗法，使精准用药成为可能，从而改进患者的治疗效果。

石墨烯 

GRAPHENE

石墨烯现在已经广受关注，它经常出现在我们的科技进展新闻中。简单来说，石墨烯是由碳原子组成的只有单原子层厚度的二维晶体，每个碳原子和它周围三个碳原子通过共价键相连接。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，巧妙地用胶带反复剥离石墨，竟然将石墨减薄到单原子层，他们将其命名为石墨烯。随后的研究发现，石墨烯在电、热、光等方面性质优异。两位科学家也因此在2010年获得诺贝尔物理学奖。

石墨烯是由碳原子通过共价键组成的单原子层，所以是非常强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍，而石墨烯的致密性使得最小的原子（氦原子）都无法穿过。石墨烯几乎是完全透明的，只吸收2.3%的光，而其导电性更是极其出色，这些特征使得它非常适合作为透明电子产品的原料，如透明的触摸显示屏、发光板和太阳能电池板等。另一方面，石墨烯的发现也证实了二维尺度材料（在厚度上只有原子层）是可以稳定存在的，掀起了二维材料研究的热潮。

由于石墨烯极其优异的性质，世界各国在石墨烯的研发上都投入了相当大的力量，石墨烯从诞生至今一直呈现着日新月异的发展状态。在市场上已经可以看到其在电池、显示屏、触摸屏、传感器等方面的应用，市场规模迅速扩大。不过，目前石墨烯仍然面临材料的大规模制备和高性能应用等多方面的问题，解决尚待时日。

中国在石墨烯的产业化发展中一枝独秀，处于世界领先地位。现在石墨烯产业已经被列为我国战略新兴产业和“中国制造2025”重点发展领域之一。未来石墨烯革命性的创新发展值得期待。