2021年世界科技进展100项
來源：三思派?
作者：李萬，錢婭妮
1
生命、生物、醫(yī)藥健康
01
新冠疫情
1. 首次看清新冠患者體內(nèi)蛋白質(zhì)變化
中國科學(xué)家分析出新冠肺炎死亡患者體內(nèi)多器官組織樣本中蛋白質(zhì)分子病理全景圖，相當(dāng)于將醫(yī)生在顯微鏡下看到的人體感染新冠病毒后細(xì)胞組織的變化放大了數(shù)萬倍，達(dá)到蛋白質(zhì)分子層面，“看”清楚是哪些分子的改變導(dǎo)致人體器官的病變和衰竭。這是在全球范圍內(nèi)第一次從蛋白質(zhì)分子水平上，對新冠病毒感染人體后多個關(guān)鍵器官做出的響應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)和系統(tǒng)的分析。
圖｜新冠肺炎死亡患者多器官蛋白分子病理全景圖
2.首次揭示逃逸抗病毒藥物機(jī)制
中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并重構(gòu)了病毒“加帽中間態(tài)復(fù)合體”“mRNA加帽復(fù)合體”和“錯配校正復(fù)合體”，并闡明其工作機(jī)制。揭示了新冠病毒轉(zhuǎn)錄復(fù)制機(jī)器的完整組成形式；發(fā)現(xiàn)病毒聚合酶的核苷轉(zhuǎn)移酶結(jié)構(gòu)域是催化mRNA“加帽”成熟的關(guān)鍵酶，明確了帽結(jié)構(gòu)的合成過程，為發(fā)展新型、安全的廣譜抗病毒藥物提供了全新靶點(diǎn)；發(fā)現(xiàn)病毒以“反式回溯”的方式對錯配堿基和抗病毒藥物進(jìn)行“剔除”，闡明了瑞德西韋等藥物效果不良的分子機(jī)制，為優(yōu)化針對聚合酶的抗病毒藥物提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。該項成果入選2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
3.最完整的新冠病毒基因注釋圖譜
美國研究團(tuán)隊繪制出了迄今為止最完整的新冠病毒基因注釋圖譜。他們在通過比較大量相似病毒基因組后，確認(rèn)了新冠病毒（SARS-CoV-2）基因組中未被發(fā)現(xiàn)的六個蛋白質(zhì)編碼基因。
02
認(rèn)知生命
4.首例AI+腦機(jī)接口技術(shù)讓“失語”癱瘓患者實(shí)現(xiàn)溝通自由
美國科學(xué)家首次用腦機(jī)接口幫助一位癱瘓超過 15 年的失語男子 BRAVO1 恢復(fù)了“說話”能力。腦機(jī)接口是指在人或動物大腦與外部設(shè)備之間創(chuàng)建的直接連接，實(shí)現(xiàn)腦與設(shè)備的信息交換。該項成果入選2021年《物理世界》十大突破之一、科技日報評選的國際十大科技新聞之一。
圖 | BRAVO1 在大腦中植入電極列陣的區(qū)域（來源：加州大學(xué)舊金山分校）
5.成功治療一例重度抑郁癥患者
美國科學(xué)家團(tuán)隊通過給患者腦部植入一種類似神經(jīng)起搏器的裝置，成功緩解了難治性抑郁癥。這項概念驗證研究表明了大腦活動可以被用來為神經(jīng)精神疾病提供個性化的治療，同時也代表了將神經(jīng)科學(xué)進(jìn)步應(yīng)用于精神健康領(lǐng)域并取得里程碑式的成功。
圖｜大腦起搏器
6.揭示鳥類遷徙路線成因和長距離遷徙關(guān)鍵基因
中國科學(xué)家歷時12年，利用衛(wèi)星追蹤數(shù)據(jù)和基因組信息，建立了一套北極游隼遷徙研究系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)游隼主要使用5條路線穿越亞歐大陸，西部游隼表現(xiàn)為短距離遷徙，東部為長距離遷徙。在末次冰盛期到全新世的轉(zhuǎn)換過程中，冰川消退所導(dǎo)致的繁殖和越冬地變遷，可能是遷徙路線形成的主要?dú)v史原因。研究還發(fā)現(xiàn)遷徙距離更長的游隼攜帶ADCY8優(yōu)勢等位基因，該基因與長時記憶形成有關(guān)，表明長時記憶可能是鳥類長距離遷徙的重要基礎(chǔ)。該研究結(jié)合遙感衛(wèi)星追蹤、基因組學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)等研究手段，通過多學(xué)科整合分析方法闡明了鳥類遷徙路線變遷成因和遺傳基礎(chǔ)。該研究成果入選中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
7.100小時完成迄今最高精度獼猴腦圖譜測繪
中國科學(xué)家自主研發(fā)了一種高通量、高精度的三維熒光成像 VISoR 技術(shù)和靈長類腦圖譜繪制 SMART 流程，實(shí)現(xiàn)了獼猴大腦的微米級分辨率三維解析。VISoR 成像系統(tǒng)可以在 100?小時內(nèi)完成獼猴全腦樣品 1×1×2.5 微米三維分辨率的獼猴全腦圖像采集，研究中兩只獼猴大腦圖像的原始數(shù)據(jù)量逾 1PB（千萬億字節(jié)，其數(shù)據(jù)儲存大小相當(dāng)于 113 塊 10T 硬盤），這是迄今世界上最高精度的靈長類動物的腦圖譜。
圖丨獼猴大腦的三維高分辨重建圖（a）、截面圖（b）、內(nèi)部神經(jīng)纖維展示（c），以及部分神經(jīng)纖維的全腦示蹤和可視化（d）（來源：Nature Biotechnology）
03
基因、細(xì)胞、胚胎
8.解鎖古老泥土DNA寶庫
科學(xué)家們從洞穴地面的土壤中解鎖了一個更大的古代DNA寶庫。研究人員使用這種“泥土DNA”來重建世界各地穴居人的身份。在西班牙的Estatuas洞穴，核DNA揭示了8萬至11.3萬年前生活在那里的人類的遺傳特征和性別，并表明尼安德特人的一個譜系在10萬年前結(jié)束的冰川期之后取代了其他幾個譜系。在美國佐治亞州Satsurblia洞穴有2.5萬年歷史的土壤中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了來自以前未知的尼安德特人系的女性人類基因組，以及野牛和現(xiàn)已滅絕的狼的遺傳痕跡。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一。
圖｜一名研究人員記錄了墨西哥奇基維特洞穴中沉積物樣本的位置
9.只含480個基因的人造細(xì)胞能正常分裂
2016年，美國科學(xué)家以支原體的基因為藍(lán)本，造出了世界上擁有最小基因組（473個基因）的細(xì)胞。它被稱為syn3.0，可以進(jìn)行代謝和分裂，但是其后代卻形態(tài)異常。2021年美國生物學(xué)家，通過在syn3.0中表達(dá)額外的7個基因，成功地解決了形狀異常的問題。其中2個基因在細(xì)胞分裂中具有重要作用，但其他5個基因的具體功能仍然不明。這也是目前可正常分裂的人造細(xì)胞中，基因組最小的。
圖｜不斷優(yōu)化的人造生物基因組成
10.重建“體外卵巢”成功制造卵子
日本研究人員用小鼠胚胎干細(xì)胞，制造出了卵母細(xì)胞成熟所需的結(jié)構(gòu)——卵巢中的卵泡。在干細(xì)胞制造的“體外卵泡”中，原始生殖細(xì)胞得以生成具有完整功能的卵子，這些卵子最終受精并孕育出了健康的小鼠后代。
圖｜過激活不同的信號通路，誘導(dǎo)小鼠多能干細(xì)胞分化，獲得卵巢體細(xì)胞的特征和多樣性
11.首次證明CRISPR基因編輯療法對人類療效
基因編輯工具CRISPR于2020年首次顯現(xiàn)出或可治愈鐮狀細(xì)胞病和β—地中海貧血患者的功能。今年，科學(xué)家們更進(jìn)一步，直接在人體內(nèi)部署CRISPR-Cas9。美國科學(xué)家在6名患有一種名為轉(zhuǎn)甲狀腺素淀粉樣變性病的罕見疾病的患者身上測試了他們的治療方法。結(jié)果顯示，所有參與者的畸形蛋白質(zhì)水平均下降，其中兩名接受高劑量注射的人的蛋白質(zhì)水平平均下降了87%。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一和《自然》十大科學(xué)新聞之一。
圖｜來自CRISPR注射的引導(dǎo)。RNA（藍(lán)色）將DNA切割酶（白色）引導(dǎo)至其目標(biāo)（橙色）。
12.首個人類胚胎完整模型
美國研究人員領(lǐng)銜的團(tuán)隊成功用人多能干細(xì)胞分化誘導(dǎo)出人類早期胚胎樣結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)與人囊胚期胚胎具有類似的結(jié)構(gòu)，能正確表達(dá)相應(yīng)的基因與蛋白，并且可在體外發(fā)育2至4天，形成類羊膜囊等結(jié)構(gòu)。此項研究入選兩院院士評選的2021年世界十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜兩支團(tuán)隊使用了不同的方法
13.首個人猴嵌合體胚胎
中外科學(xué)家共同制造全球首個人-猴嵌合體胚胎，其在實(shí)驗室中進(jìn)行了長達(dá) 20?天的生長。這種有爭議的做法可以幫助人們開發(fā)全新的疾病治療方法，并為器官移植找到新方向。
14.開創(chuàng)“無胚化”人類胚胎學(xué)技術(shù)
研究人類胚胎早期發(fā)育對了解生命和繁衍有著重要意義。但由于樣本獲取難度大且對活胚胎的體內(nèi)外研究受到嚴(yán)格倫理學(xué)限制，人類對于胚胎早期發(fā)育的研究幾個世紀(jì)以來基本處于“技術(shù)真空”狀態(tài)。為了打破這一技術(shù)真空，中國科學(xué)家獨(dú)創(chuàng)地聯(lián)合應(yīng)用人多能干細(xì)胞與機(jī)械微系統(tǒng)，在體外重建了早期胚胎發(fā)育結(jié)構(gòu)及其動態(tài)演化過程，并率先發(fā)展了一系列“無胚化”的人類胚胎學(xué)技術(shù)。
圖｜干細(xì)胞（來源：blog.eardoctor.org）
15.腸道菌群的絕大多數(shù)特征都顯示出某種程度的遺傳性
美國研究團(tuán)隊詳細(xì)分析了14年來收集的16000多份野生狒狒的糞便樣本，最終澄清了關(guān)于腸道菌群的一個長期誤解。他們發(fā)現(xiàn)，對于定居在腸道內(nèi)的各種微生物，宿主自身遺傳因素起到的作用比人們過去以為的大得多，腸道菌群的絕大多數(shù)特征都顯示出某種程度的遺傳性。
圖｜腸道菌群
16.首次揭開細(xì)菌“飛奔”的秘密
中國科學(xué)家揭示了細(xì)菌“快速運(yùn)動之謎”，細(xì)菌鞭毛馬達(dá)工作原理終于得以解開，這一成果將給抗生素設(shè)計帶來新思路。該研究首次以高清形式，展示了鞭毛馬達(dá)的不同組件如聯(lián)動桿、外膜環(huán)、周質(zhì)環(huán)、內(nèi)膜環(huán)、分泌裝置、接頭裝置等，也首次系統(tǒng)地揭示了沙門氏菌鞭毛馬達(dá)的組裝和扭矩傳輸機(jī)制。
圖｜鞭毛馬達(dá)結(jié)構(gòu)與工作機(jī)制的示意圖
（來源：Cell）
17.首次發(fā)現(xiàn)昆蟲可以“偷竊”植物基因
中國科學(xué)家在國際上首次揭示昆蟲能如何通過水平基因轉(zhuǎn)移的方式，“偷竊”植物基因，協(xié)助自己分解植物的有毒分子。為探索昆蟲適應(yīng)性進(jìn)化規(guī)律開辟了新的視角，也為新一代靶標(biāo)基因?qū)虻臒煼凼镩g精準(zhǔn)綠色防控技術(shù)研發(fā)提供全新思路。該項成果入選兩院院士評選的2021年中國十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜煙粉虱利用來自植物的基因化解植物中的有毒物質(zhì)
18.異源四倍體野生稻快速從頭馴化獲得新突破
中國科學(xué)家團(tuán)隊首次提出了異源四倍體野生稻快速從頭馴化的新策略，旨在最終培育出新型多倍體水稻作物，從而大幅提升糧食產(chǎn)量并增加作物環(huán)境變化適應(yīng)性。本項研究為未來應(yīng)對糧食危機(jī)提出了一種新的可行策略，開辟了全新的作物育種方向。該項成果入選兩院院士評選的2021年中國十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜異源四倍體野生稻與二倍體栽培稻的植株表型
19.建成世界最大的小鼠全腦神經(jīng)元數(shù)據(jù)集
中美科學(xué)家團(tuán)隊建成迄今世界最大的小鼠全腦1741個單細(xì)胞神經(jīng)元數(shù)據(jù)集，包含來自皮層，屏狀核，紋狀體和丘腦等腦區(qū)神經(jīng)元，并進(jìn)行了神經(jīng)元分型方面的研究，根據(jù)投射特征和轉(zhuǎn)錄組特征，鑒定了11種投射類別。
圖丨單細(xì)胞水平的 11 種長程投射神經(jīng)元類型的形態(tài)學(xué)和投射特性（來源：Nature）
04
惡性疾病的預(yù)防與治療
20.首個由中國學(xué)者命名的運(yùn)動障礙性疾病
一種新的運(yùn)動障礙性疾病綜合征——“瘢痕舞蹈綜合征”（scar dancing syndrome），這是首個由中國學(xué)者命名的運(yùn)動障礙性疾病。該類患者進(jìn)行口服藥物治療后，往往沒有效果。不過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)：多靶點(diǎn)的肉毒毒素注射治療，可以改善部分患者的疼痛和肌肉異常運(yùn)動。
圖｜瘢痕舞蹈
21.提高中晚期鼻咽癌療效的高效低毒治療新模式
鼻咽癌放療后的全身微小殘留腫瘤是其治療失敗的根源，而由于放療后患者身體狀況差，難以耐受既往高強(qiáng)度的傳統(tǒng)化療（完成率僅約40%-50%），成為制約療效提高的瓶頸。中國科學(xué)家提出了小劑量、長時間口服細(xì)胞毒藥物卡培他濱的節(jié)拍化療模式，其可通過抗血管生成、殺傷腫瘤干細(xì)胞等機(jī)制持續(xù)抑制腫瘤，同時提高機(jī)體耐受性。此研究入選2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展。
22.MDMA可治療創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙
美國科學(xué)家團(tuán)隊進(jìn)行的一項多中心、隨機(jī)、對照試驗發(fā)現(xiàn)，3,4-亞甲基二氧基甲基苯丙胺(MDMA) ，顯著減輕了創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙(PTSD)患者的癥狀。76名受試者，部分接受了3次MDMA治療，部分接受了安慰劑指導(dǎo)治療課程。2個月后，67%的接受MDMA治療的患者不再有PTSD癥狀，而安慰劑組則僅有32%。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一。
圖｜研究人員對創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙（PTSD）使用MDMA治療
23.阿爾茨海默病治療重要進(jìn)展
美國科學(xué)家證實(shí)了抑制神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元死亡對于阿爾茨海默病治療的重要性與可行性，這一發(fā)現(xiàn)對于新藥開發(fā)有著指導(dǎo)意義。死于神經(jīng)炎癥的腦細(xì)胞，數(shù)量是死于淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)原纖維纏結(jié)的腦細(xì)胞的十倍，即便存在淀粉樣蛋白沉積和神經(jīng)原纖維纏結(jié)，但只要不引起神經(jīng)炎癥，就可能控制住阿爾茨海默病的病情。
24.用癌細(xì)胞重組納米疫苗實(shí)現(xiàn)肺癌預(yù)防痊愈
中國科學(xué)家研發(fā)出一款納米疫苗，在小鼠癌癥模型中對小鼠肺癌和黑色素瘤的預(yù)防痊愈率分別為100%和70%。相比 CAR-T 等技術(shù)，納米疫苗不僅更方便，價格也會更便宜。
圖｜納米疫苗的制備和納米疫苗誘導(dǎo)的腫瘤特異性免疫反應(yīng)的簡要示意圖
25.顛覆百年癌癥代謝理論
美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)腫瘤細(xì)胞并非此前認(rèn)為的高代謝葡萄糖的罪魁禍?zhǔn)?#xff0c;而是被稱為巨噬細(xì)胞的免疫細(xì)胞存在較高葡萄糖高代謝水平。這一發(fā)現(xiàn)顛覆了過去百年來的腫瘤微環(huán)境中新陳代謝競爭的普遍觀點(diǎn)，有助開發(fā)新的抗癌療法和用于癌癥診斷與檢測成像新策略。
圖｜腫瘤微環(huán)境
26.喝綠茶能抗癌的分子機(jī)制
綠茶對腫瘤的化學(xué)預(yù)防作用主要?dú)w因于多酚類化合物，其中表沒食子兒茶素沒食子酸酯（EGCG）最為重要。在EGCG誘導(dǎo)的抗腫瘤特性中，p53發(fā)揮了重要作用。p53通常被稱為“基因守護(hù)者”，是一種重要的腫瘤抑制因子。然而，關(guān)于EGCG如何與p53相互作用的分子機(jī)制尚不清楚。一項最新研究中，來自美國研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了p53和EGCG之間存在一種前所未知的直接相互作用，并解釋了EGCG如何增強(qiáng)p53的抗癌活性，從而為開發(fā)抗癌藥物指明了新靶點(diǎn)。
27.癌細(xì)胞竟會全體“冬眠”躲過化療
科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞會進(jìn)入一種類似“冬眠”的狀態(tài)，幾乎不需要任何營養(yǎng)，非常低調(diào)地“熬”過化療階段，等待卷土重來。可喜的是，探索這一機(jī)制的研究人員，也已經(jīng)找到了針對這種耐藥性的抗癌策略。
圖｜在化療誘導(dǎo)下，癌細(xì)胞可以進(jìn)入一種緩慢生長的狀態(tài)，并且似乎所有癌細(xì)胞都擁有這種能力
28.首次發(fā)現(xiàn)人體存在“組織液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)”
中國科學(xué)家在國際上首次發(fā)現(xiàn)了“人體組織液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)”的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)，并首次提出了“組織液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)”學(xué)說，即在已知的血液循環(huán)系統(tǒng)、淋巴循環(huán)系統(tǒng)之外，人體還存在第三種體液循環(huán)系統(tǒng)——“組織液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)”系統(tǒng)。該研究有望建立一種新型給藥方式，即在穴位區(qū)注射藥物，通過與這個穴位連接的特定組織液循環(huán)網(wǎng)絡(luò)，有可能實(shí)現(xiàn)針對特定器官的靶向藥物治療。
05
仿生學(xué)、器官移植
29.首次研發(fā)仿生關(guān)節(jié)外骨骼模型
中國科學(xué)家團(tuán)隊以節(jié)肢類生物中的兩類優(yōu)勢種群生物為研究對象，包括甲殼類的珍寶蟹和波士頓龍蝦，首次提出一種具有一對反向共軛面的剛?cè)嵋惑w的外骨骼模型，并將其應(yīng)用于人手外骨骼的設(shè)計中，通過融合生物關(guān)節(jié)優(yōu)勢與人體運(yùn)動特性，克服了目前手功能損傷患者所用的康復(fù)輔助設(shè)備中普遍存在的體積重量大、機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜、傳動效率低、適配性差等缺陷。因此，這種新型仿生關(guān)節(jié)可用于可穿戴式外骨骼康復(fù)機(jī)器人。
圖｜關(guān)節(jié)模型原型的運(yùn)動捕獲（來源：IEEE Access）
30.成功創(chuàng)建首個人類胰腺3D類器官模型
美國科學(xué)家從人類干細(xì)胞來源的胰腺祖細(xì)胞(PP)細(xì)胞中產(chǎn)生胰管樣或腺泡樣器官結(jié)構(gòu)的嘗試，用于模擬外分泌胰腺的發(fā)育和疾病。
31.世界首例人工角膜移植手術(shù)成功
以色列初創(chuàng)企業(yè)的人工角膜研發(fā)成功，幫助失明十年的78歲老翁順利恢復(fù)視力，隨著時間的推移，人造眼角膜和眼白完全融合，且創(chuàng)傷面積小，傷口恢復(fù)得很快。這是人類史上人工角膜移植手術(shù)臨床試驗的一項重大進(jìn)展。
圖｜CorNeat Vision?公司設(shè)計的人工角膜
32.世界首例豬腎已被移植到人體內(nèi)
美國科學(xué)家將來源于豬的腎臟首次移植到人體中，目前暫時沒有產(chǎn)生排異反應(yīng)。如果手術(shù)成功，這將表明豬的器官可以被安全地用于拯救人類生命。該成果入選科技日報評選的2021年國際十大科技新聞之一。
33.全球首個人類自組織心臟類器官
維也納研究團(tuán)隊使用人類多能干細(xì)胞成功培養(yǎng)出全球首個體外自組織心臟類器官模型，該模型可自發(fā)形成空腔，自主跳動，無需支架支持。同時，這種心臟類器官在受傷后可以自主動員心臟成纖維細(xì)胞遷移修復(fù)損傷。
06
生物合成
34.光驅(qū)動“細(xì)胞工廠”
中國科學(xué)家提出光驅(qū)動“細(xì)胞工廠”：以CO?代替葡萄糖，碳中和的同時高效產(chǎn)出高值化合物。光合細(xì)胞工廠是基于光合微生物發(fā)展起來的一種新型合成生物技術(shù)。光合細(xì)胞工廠能夠直接利用CO?和太陽能合成包括白藜蘆醇、花青素、青蒿素等具有較高市場價值的植物天然產(chǎn)物，同時緩解了當(dāng)今世界所面臨的“氣候”和“健康”兩大難題，既吸收了溫室氣體CO?，又能帶來有價值的產(chǎn)物。
圖丨光合細(xì)胞工廠
35.人類首次突破二氧化碳人工合成淀粉技術(shù)
中國科學(xué)家首次報告了從二氧化碳合成人造淀粉的路線。這是世界上首次在實(shí)驗室實(shí)現(xiàn)二氧化碳到淀粉的從頭合成，代表著人類人工合成淀粉領(lǐng)域的重大顛覆性和原創(chuàng)性突破，對于糧食安全、外星探索、氣候變化都有著巨大意義。他們設(shè)計出一種化學(xué)酶系統(tǒng)，借此也設(shè)計出一種僅由11個核心反應(yīng)組成的人造淀粉合成代謝路線，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為淀粉。與之對比，自然界利用光合作用合成淀粉需要 60?余步。此研究入選2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展和2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展。
圖｜通過計算設(shè)計的人工淀粉合成途徑
36.世界首家細(xì)胞培育肉工廠誕生
以色列細(xì)胞肉公司Future Meat Technologies（FMT）用生物反應(yīng)器取代雞舍、谷倉和屠宰場。工作人員使用培養(yǎng)基過濾再生專利技術(shù)，由于可支持高細(xì)胞密度，因此可幫助克服成本難題。FMT成為業(yè)內(nèi)少有的、利用培養(yǎng)基過濾再生技術(shù)實(shí)現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)的公司。
圖｜FMT?的細(xì)胞培育肉工廠
07
考古與遠(yuǎn)古生命生態(tài)
37.脊椎動物從水生到陸生演化的遺傳創(chuàng)新機(jī)制
4億多年前脊椎動物從水生到陸生是包括人類在內(nèi)的陸生脊椎動物演化史上的重大事件，但長期以來對這一重大事件的遺傳創(chuàng)新機(jī)制知之甚少。中國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)硬骨魚祖先已進(jìn)化出了陸生適應(yīng)性相關(guān)的初步遺傳基礎(chǔ)，在肺魚代表的肉鰭魚內(nèi)得到進(jìn)一步加強(qiáng)，到四足動物最終完善而成功登上了陸地。此研究入選2021年度中國生命科學(xué)十大進(jìn)展之一。
圖｜脊椎動物水生到陸生演化過程的主要遺傳創(chuàng)新
38.中國發(fā)現(xiàn)全新古人類支系“龍人”
中國科學(xué)家通過研究頭骨，發(fā)現(xiàn)了“龍人”這一新人種。通過數(shù)據(jù)對比以及鈾系測定的直接證據(jù)證明龍人頭骨化石的年代大概率來自中更新世晚期的湖相地層，并證實(shí)龍人的年齡老于14.6萬年，而該時間段恰好是智人和其他古人類分開演化的關(guān)鍵時期。
圖｜龍人頭骨化石（來源：The Innovation）
2
深空、深海、新空間拓展
39.首次觀測到黑洞磁場
視界望遠(yuǎn)鏡得到了第一張顯示超大質(zhì)量黑洞附近區(qū)域光偏振情況的圖像。這種偏振現(xiàn)象表明，在物質(zhì)加速進(jìn)入黑洞M87*（這個黑洞的質(zhì)量超過太陽的60億倍）的區(qū)域存在強(qiáng)磁場。進(jìn)一步的研究或許將有助于研究某些黑洞如何形成將物質(zhì)和輻射噴發(fā)到周遭宇宙空間中的巨大噴流。該成果入選《物理世界》十大突破之一。
圖｜磁旋：偏振光下的超大質(zhì)量黑洞M87*圖像，圖中的線代表偏振方向，與黑洞陰影周圍的磁場相關(guān)
40.中國航天全年發(fā)射55次位居世界第一
2021年中國航天發(fā)射次數(shù)達(dá)到55次，位居世界第一，發(fā)射次數(shù)和航天器數(shù)量再創(chuàng)歷史新高。2021年長征系列運(yùn)載火箭發(fā)射總數(shù)創(chuàng)造歷史，在2021年完成了48次發(fā)射，創(chuàng)造了年度宇航發(fā)射總數(shù)的歷史。這一年間，長征系列運(yùn)載火箭完成了第400次發(fā)射，長征五號B、長征二號F、長征七號運(yùn)載火箭用5次發(fā)射完成了今年的載人航天工程空間站建造任務(wù)，這背后不僅是數(shù)量的變化，更是國家航天工業(yè)實(shí)力、宇航任務(wù)執(zhí)行力與國家整體科技實(shí)力在新時代的質(zhì)變。
圖｜長征三號乙運(yùn)載火箭發(fā)射成功
2021年5月15日7時18分，天問一號探測器成功著陸于火星烏托邦平原南部預(yù)選著陸區(qū)，我國首次火星探測任務(wù)著陸火星取得成功。邁出了我國星際探測征程的重要一步，實(shí)現(xiàn)了從地月系到行星際的跨越，在火星上首次留下中國人的印跡，使我國成為第二個成功著陸火星的國家。該成果入選2021年度中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
2021年4月29日，天和核心艙成功發(fā)射。神舟十二號、神舟十三號載人飛船分別于6月17日、10月16日成功發(fā)射并與天和核心艙成功完成對接。該成果入選2021年度中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
10月14日18時51分，中國在太原衛(wèi)星發(fā)射中心采用長征二號丁運(yùn)載火箭，成功發(fā)射首顆太陽探測科學(xué)技術(shù)試驗衛(wèi)星“羲和號”。實(shí)現(xiàn)中國太陽探測零的突破，這標(biāo)志著中國正式步入“探日”時代。該星將實(shí)現(xiàn)國際首次太陽Hα波段光譜成像的空間探測，填補(bǔ)太陽爆發(fā)源區(qū)高質(zhì)量觀測數(shù)據(jù)的空白，提高我國在太陽物理領(lǐng)域研究能力，對我國空間科學(xué)探測及衛(wèi)星技術(shù)發(fā)展具有重要意義。
圖｜“羲和號”發(fā)射成功
41.首次確證月球的火山活動可以持續(xù)到20億年前
中國科學(xué)家利用過去十多年來建立的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)，對嫦娥五號月球樣品玄武巖進(jìn)行了精確的年代學(xué)、巖石地球化學(xué)及巖漿水含量的研究。結(jié)果顯示，嫦娥五號玄武巖形成于20.30±0.04億年，確證月球的火山活動可以持續(xù)到20億年前，比以往月球樣品限定的火山活動延長了約8億年。該研究成果入選中國科學(xué)十大突破之一。
42.“洞察”號首次揭示火星內(nèi)部結(jié)構(gòu)
自“扎根”火星以來，美國國家航空航天局（NASA）的“洞察”號火星探測器在其著陸點(diǎn)測量了大約733次地震。科學(xué)家基于其中35次地震的數(shù)據(jù)，揭示了火星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，估計了火星地核的大小、地幔的結(jié)構(gòu)和地殼的厚度。這也是科學(xué)家第一次使用地震數(shù)據(jù)來探測地球以外行星的內(nèi)部，這是了解火星形成和熱演化的重要一步。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一。
圖｜地震波顯示火星有一層薄薄的地殼、淺層的地幔和一個異常大的液體核心
43.人類直升機(jī)首次成功在火星上空飛行
北京時間4月19日18點(diǎn)55分左右，NASA宣布人類直升機(jī)首次在火星試飛成功。這架名為“機(jī)智”號（Ingenuity）的小型直升機(jī)是此前跟隨NASA毅力號火星車一同抵達(dá)火星的。機(jī)智號僅重1.8公斤，高0.5米，由兩個反向旋轉(zhuǎn)的旋翼提供升力。旋翼由碳纖維制成，直徑達(dá)1.2米，驅(qū)動電機(jī)功率350瓦。機(jī)智號的主要目的是進(jìn)行技術(shù)驗證，驗證人類采用飛行探測地外星球的全新技術(shù)。
圖｜火星上的直升飛機(jī)
44.商業(yè)航天新突破
北京時間2021年5月6日6點(diǎn)20分左右，SpaceX星艦原型（代號SN15）在得克薩斯州博卡奇卡（Boca Chica）成功進(jìn)行了高空飛行測試，這是SpaceX星艦原型第五次挑戰(zhàn)10公里級高度，也是首次沒有發(fā)生爆炸事故的完美著陸。
圖｜SN15成功從10公里高度落下站住且沒爆炸
2021年2月4日，SpaceX發(fā)射了60顆星鏈互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星進(jìn)入軌道，這是獵鷹 9（Falcon 9）火箭的第50次發(fā)射，代表著該公司可重用性火箭的又一里程碑。
北京時間 2021 年 1 月 24 日 23 時，美國佛羅里達(dá)卡納維拉爾角發(fā)射基地，SpaceX 的獵鷹 9 號火箭攜 143 顆衛(wèi)星順利發(fā)射升空，突破航天記錄。
美東時間7月11日上午，維珍銀河創(chuàng)始人理查德·布蘭森（Richard Branson）搭乘太空船二號成功從約86千米高的亞軌道返回。他成為商業(yè)航天試飛第一人，也成為年齡第二大的宇航員。
美國時間9月15日晚8點(diǎn)02分，特斯拉CEO馬斯克旗下，美國太空技術(shù)探索公司SpaceX的獵鷹9號火箭與“二手的龍”飛船，載著4名機(jī)組人員，成功從NASA肯尼迪航天中心發(fā)射升空本次任務(wù)的代號為“靈感4號”（Inspiration 4）。此次飛行任務(wù)中，靈感4號飛船預(yù)計將在太空中停留長達(dá)3天左右，以90分鐘繞地球一圈的速度運(yùn)行，這是世界上首次全員平民的飛行。
圖｜機(jī)組合影
美國當(dāng)?shù)貢r間10月13日上午10:50分，藍(lán)色起源NS-18飛行器完成第二次載人太空飛行。短短3個月，貝索斯再一次成功將4名乘客送入太空，整個飛行過程約10分鐘。同時，進(jìn)入太空的最高年齡刷新了記錄。90歲《星際迷航》柯克船長終于圓夢太空，成為登上太空最年長的人類。
圖｜機(jī)組合影
2021年6月11日，起源太空“仰望一號”光學(xué)-紫外太空望遠(yuǎn)鏡搭載長征二號丁火箭成功發(fā)射升空。它是中國首個光學(xué)波段太空望遠(yuǎn)鏡，搭載可見光、紫外大視場天文望遠(yuǎn)鏡載荷，上天后將開展多波段天文觀測，同時也將成為人類在太空中大視場紫外波段最強(qiáng)的探測器。“仰望一號”由起源太空主導(dǎo)設(shè)計研發(fā)，空間光學(xué)、空間紫外望遠(yuǎn)鏡將觀測近距離飛掠地球的近地小天體，捕捉更詳細(xì)的軌道和物態(tài)信息，為太空資源開發(fā)積累數(shù)據(jù)。進(jìn)入太空后，“仰望一號”已經(jīng)在軌工作超過100天，開展了多波段天文觀測及商業(yè)觀測合作，逐步繪制天上的“藏寶圖”，也是全世界太空資源開采領(lǐng)域的里程碑事件。起源太空“仰望一號”獲得國際天文學(xué)聯(lián)合會認(rèn)證的天文臺站編號，使中國成為除美國外，國際上第二個擁有被國際天文學(xué)聯(lián)合會認(rèn)證的小天體觀測空間天文望遠(yuǎn)鏡的國家。
圖｜仰望一號拍攝的大氣層中紅色幽靈
45.“實(shí)驗6”科考船首次使用多聯(lián)網(wǎng)開展作業(yè)
“實(shí)驗6”科考船航行至南海北部海域，船上的科考隊員在本航次中第一次使用了多聯(lián)浮游生物分層拖網(wǎng)（MultiNet，以下簡稱多聯(lián)網(wǎng)）進(jìn)行科考作業(yè)。多聯(lián)網(wǎng)是一種海洋儀器，可以自動對海洋浮游生物連續(xù)分層采樣，能在連續(xù)的水層中進(jìn)行水平采樣和垂直采樣。
圖｜多聯(lián)浮游生物分層拖網(wǎng)
3
物質(zhì)、材料、化學(xué)
01
物質(zhì)世界
46.粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型出現(xiàn)“裂縫”
美國費(fèi)米國家實(shí)驗室公布了繆子（μ子）反常磁矩的測量結(jié)果：實(shí)驗與理論預(yù)測之間存在4.2個標(biāo)準(zhǔn)差的偏差。雖然距離宣稱“發(fā)現(xiàn)新物理”的5個標(biāo)準(zhǔn)差仍有一步之遙，但這起碼可以說明舊有的“標(biāo)準(zhǔn)模型”已經(jīng)遭遇到了前所未有的挑戰(zhàn)。如果這個發(fā)現(xiàn)進(jìn)一步確認(rèn)，可能將標(biāo)志著有50年歷史的粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型的預(yù)言失敗，或打開物理學(xué)變革之門。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一、《自然》十大科學(xué)新聞以及《物理世界》十大突破之一。
圖｜繆子g-2實(shí)驗裝置中的磁鐵（來源：Fermilab）
47.宇宙誕生瞬間的“第一種物質(zhì)”
丹麥科學(xué)家利用大型強(qiáng)子對撞機(jī)（LHC），揭示了宇宙大爆炸第一個0.000001秒內(nèi)發(fā)生的新細(xì)節(jié)，即第一個微秒內(nèi)一種特殊的等離子體發(fā)生了什么。科學(xué)家們研究了一種叫做夸克—膠子等離子體的物質(zhì)，它是在大爆炸第一個微秒內(nèi)存在的唯一物質(zhì)，它的獨(dú)特經(jīng)歷是：首先，等離子體被宇宙熱膨脹所分離；然后，夸克碎片重組為所謂的強(qiáng)子；一個有3個夸克的強(qiáng)子組成一個質(zhì)子，是原子核的一部分，這些也是構(gòu)成地球、人類和現(xiàn)今包容著我們的宇宙的基礎(chǔ)核心。該研究成果入選科技日報評選的2021年國際十大科技新聞。
圖｜“第一種物質(zhì)”研究示意圖
48.首次實(shí)現(xiàn)對原子核的量子相干控制
歐洲科學(xué)家團(tuán)隊率先實(shí)現(xiàn)了對原子核激發(fā)的量子相干控制。他們通過兩個超短脈沖將同步加速器產(chǎn)生的X射線送入原子核中。他們通過調(diào)整脈沖相位實(shí)現(xiàn)了鐵原子核在相干增強(qiáng)激發(fā)和相干增強(qiáng)發(fā)射之間的切換。除了可以促使我們更好地認(rèn)識量子物質(zhì)，這項成果還可能加速新技術(shù)的發(fā)展，比如超精準(zhǔn)的核時鐘以及可以儲存大量能量的電池。該項成果入選《物理世界》十大突破之一。
49.首次“抓住”單個原子
美國物理學(xué)家首次將單個原子“固定”在原位，并觀察到了以前未見過的復(fù)雜原子相互作用。到目前為止，人們只能通過涉及大量原子的實(shí)驗統(tǒng)計平均來了解這個量子過程，這項實(shí)驗在現(xiàn)有知識的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)。?
50.首次合成三維人工自旋軌道耦合
中國研究團(tuán)隊利用超冷原子體系國際上首次實(shí)現(xiàn)了三維人工自旋軌道耦合，且構(gòu)造出只有一對外爾點(diǎn)的最基本外爾半金屬（Weyl Semimetals）拓?fù)淠軒А?/p>
圖｜三維自旋軌道耦合（來源：Science）
51.在超冷費(fèi)米氣體中觀測到泡利阻塞現(xiàn)象
美國三支研究團(tuán)隊各自獨(dú)立地在超冷費(fèi)米氣體中觀測到了泡利阻塞現(xiàn)象。當(dāng)構(gòu)成氣體的原子幾乎占據(jù)所有可能的低能量子態(tài)時，就會出現(xiàn)泡利阻塞現(xiàn)象，它會阻礙原子通過小幅躍遷進(jìn)入鄰近量子態(tài)。泡利阻塞現(xiàn)象會影響氣體原子散射光的方式。未來某一天，我們或許可以借助這項技術(shù)改進(jìn)基于超冷原子的相關(guān)技術(shù)，比如光學(xué)時鐘和量子中繼器。該項成果入選《物理世界》十大突破之一。
52.成功精確測定三維表面原子結(jié)構(gòu)
對于一般三維納米材料的三維表面原子結(jié)構(gòu)的單原子水平測定仍然是一個難題。在此，韓國研究者使用鉑納米顆粒作為模型系統(tǒng)，在15 pm精度下測量的三維原子結(jié)構(gòu)。
53.首次發(fā)現(xiàn)原子團(tuán)簇“旋轉(zhuǎn)木馬跳”
中外科學(xué)家團(tuán)隊聯(lián)合利用原位高溫透射電子顯微學(xué)對Al60Cr20Fe10Si10系十次準(zhǔn)晶在高溫下的原子跳躍行為進(jìn)行了研究，首次發(fā)現(xiàn)了原子團(tuán)簇有類似于“旋轉(zhuǎn)木馬”的取向跳躍運(yùn)動。這種完全不同于以往的微觀粒子規(guī)律性跳躍為利用原子和原子團(tuán)簇的來調(diào)控材料微結(jié)構(gòu)提供了科學(xué)依據(jù)。
圖｜Al60Cr20Fe10Si10系十次準(zhǔn)晶的室溫及高溫下的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
02
材料與化學(xué)
54.史上最冷反物質(zhì)問世
加拿大科學(xué)家團(tuán)隊在日內(nèi)瓦進(jìn)行了一項名為ALPHA-2的反氫捕獲實(shí)驗，演示了反氫原子的激光冷卻，將樣品冷卻到了接近絕對零度。該研究產(chǎn)生了比以往任何時候都更冷的反物質(zhì)，并使一種全新的實(shí)驗成為可能，有助于科學(xué)家在未來更多地了解反物質(zhì)。此項研究入選兩院院士評選的2021年世界十大科技進(jìn)展新聞。
55.首次發(fā)現(xiàn)地球內(nèi)部的超離子態(tài)礦物相
中國科學(xué)家團(tuán)隊使用理論計算和實(shí)驗相結(jié)合的方法首次發(fā)現(xiàn)了地球深部的超離子態(tài)——含水礦物羥基氧化鐵(FeO2H)會在壓力大約75萬大氣壓，溫度高于1500攝氏度的條件時進(jìn)入超離子態(tài)。這個溫度和壓力范圍覆蓋了下地幔深部的大部分區(qū)域。
圖｜深下地幔高導(dǎo)電的超離子態(tài)
56.粒子冷卻新技術(shù)
歐洲核子研究中心團(tuán)隊通過兩項獨(dú)立的研究得到了冷卻粒子和反粒子的新方法。這些技術(shù)為精確檢驗宇宙物質(zhì)-反物質(zhì)不對稱性的研究打下了基礎(chǔ)。反氫激光物理裝置的研究人員首次證明，可以用激光冷卻反氫原子。為此，他們開發(fā)了一種能夠產(chǎn)生121.6納米脈沖的新型激光，以冷卻反原子。隨后，他們又以前所未有的精確度測量了反氫原子中的一項關(guān)鍵電子躍遷。這一突破為日后進(jìn)一步檢驗反物質(zhì)的其他關(guān)鍵特性奠定了基礎(chǔ)。該項成果入選《物理世界》十大突破之一。
57.中國科學(xué)家觀測到最高能量光子
中國科學(xué)家依托“高海拔宇宙線觀測站（LHAASO）”，在銀河系內(nèi)發(fā)現(xiàn)12個超高能宇宙線加速器，并記錄到能量達(dá)1.4拍電子伏（PeV，拍=千萬億）的伽馬光子，這是人類迄今觀測到的最高能量光子，突破了人類對銀河系粒子加速的傳統(tǒng)認(rèn)知，揭示了銀河系內(nèi)普遍存在能夠把粒子加速到超過1PeV的宇宙線加速器，開啟了“超高能伽馬天文”觀測時代。該項成果入選2021年中國十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜2021.7，LHAASO全陣列建成并投入運(yùn)行
58.中國強(qiáng)流高功率質(zhì)子加速器研制再創(chuàng)世界紀(jì)錄
中國獨(dú)立自主研制的ADS超導(dǎo)直線加速器樣機(jī)在國際上首次實(shí)現(xiàn)束流強(qiáng)度10毫安連續(xù)波質(zhì)子束176千瓦運(yùn)行指標(biāo)，并于2月12日凌晨實(shí)現(xiàn)10毫安束流穩(wěn)定運(yùn)行，刷新了此前創(chuàng)造的世界紀(jì)錄。這次重大突破首次驗證了全超導(dǎo)直線加速器可以穩(wěn)定加速5-10毫安連續(xù)波質(zhì)子束這一國際加速器領(lǐng)域長期追求的目標(biāo)，為國際上同類強(qiáng)流高功率加速器裝置建設(shè)及其一系列重大應(yīng)用提供了成功先例。
03
新型材料
59.新納米材料吸水速度提升6倍
新加坡研究人員制作出了一種全新納米吸水材料 Co-SHM，這種薄膜狀的材料能夠使皮膚上的汗水快速蒸發(fā)，其吸水量是傳統(tǒng)材料的 15 倍，吸水速度則是傳統(tǒng)材料的 6 倍。并利用水驅(qū)動發(fā)電技術(shù)，將人體汗液中的水分收集起來，為手表、健身追蹤器等可穿戴電子設(shè)備供電。
圖｜WEHD 的原理圖工作機(jī)制（來源：該論文）
60.高質(zhì)量冰單晶微納光纖實(shí)現(xiàn)10.9%的彈性應(yīng)變
中美研究人員聯(lián)合發(fā)現(xiàn)當(dāng)冰生長成單晶微納光纖時，就可以靈活彎曲，并且具有和玻璃光纖類似的性能，且能以較低的損耗傳輸光。
圖｜冰單晶微納光纖彈性彎曲光學(xué)顯微鏡照片
61.實(shí)現(xiàn)金剛石陣列深度彈性應(yīng)變
中美科學(xué)家經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)鉆石這種“最硬的”材料不僅可以彎曲，甚至還可發(fā)生彈性變形。他們通過相對較大的樣本展示了金剛石微橋陣列如何實(shí)現(xiàn)同步的深彈性應(yīng)變。而超大的、高度可控的彈性應(yīng)變，則能從根本上改變金剛石的能帶結(jié)構(gòu)，最終計算出帶隙在某特定取向上最多可減小約 2 eV（電子伏特），上述發(fā)現(xiàn)將對金剛石的電子應(yīng)用產(chǎn)生重大影響，或開啟微電子、量子應(yīng)用新時代。
圖｜金剛石陣列樣品在原位拉伸下發(fā)生均勻彈性應(yīng)變
（來源：香港城市大學(xué)）
62.全世界最硬的玻璃
中國研究團(tuán)隊研制出了一種全新的玻璃材料——不僅硬度超過了金剛石，并且具備金剛石不具備的韌性，以及半導(dǎo)體特性。研究團(tuán)隊使用的原材料是富勒烯（C60）。富勒烯的碳原子都是sp2雜化，結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有高度的對稱性。因此，在800℃下，5GPa的壓力就足以破壞富勒烯高度對稱的結(jié)構(gòu)。
圖｜富勒烯C60
63.中國科學(xué)家攻克塑料降解難題
中國科學(xué)家研發(fā)一項新技術(shù)——無需特殊條件，一天到幾周內(nèi)就能完全降解塑料。研究人員將酶介入到塑料誕生的初始階段，讓其作為生產(chǎn)塑料的原料。具體生產(chǎn)塑料時，只要保證酶的功能不變，當(dāng)制備出來的塑料結(jié)束使用用途、并進(jìn)行再回收時，只要遇水遇熱，就能喚醒酶的降解能力。
圖｜36?小時后降解
64.增材制造新路線實(shí)現(xiàn)航天著陸器承載、隔熱、減震三位一體
行星著陸器的“大底”部件的傳統(tǒng)加工制造，一般要經(jīng)過多種工藝步驟的不斷嘗試和耦合，目前仍面臨著結(jié)構(gòu)選擇和材料選擇有限、過程復(fù)雜、性能&功能不足等局限。基于此，中國研究人員革新傳統(tǒng)串聯(lián)式的增材制造路線，并提出“材料–結(jié)構(gòu)–性能一體化增材制造”（MSPI-AM）的概念，從而實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜整體構(gòu)件內(nèi)部，同步實(shí)現(xiàn)多材料設(shè)計與布局、多層級結(jié)構(gòu)創(chuàng)新與打印，最終可實(shí)現(xiàn)相關(guān)構(gòu)件的高性能和多功能。
圖｜材料–結(jié)構(gòu)–性能一體化增材制造（MSPI-AM）的概念及內(nèi)涵
65.世界“最白”油漆
在尋找遏制全球氣候變暖的方法上，科學(xué)家從未停止他們的步伐。美國研究團(tuán)隊研發(fā)了一種可以輻射制冷的硫酸鋇超白漆，這種油漆不僅能反射 98.1%?的太陽輻射，還成為?“最白”的油漆。
66.無源制冷超材料織物
中國研究團(tuán)隊基于輻射制冷原理和形態(tài)分級設(shè)計理念，通過光學(xué)、織造技術(shù)的跨領(lǐng)域多學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，聯(lián)合研發(fā)了一種無源隨身“空調(diào)”——在陽光直射的室外環(huán)境下，可無源制冷的光學(xué)超材料織物（Metafabric）。該技術(shù)對多尺度光學(xué)層級結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，能有效調(diào)諧超材料織物在太陽光譜上精準(zhǔn)的光學(xué)響應(yīng)，并將黑體輻射達(dá)到極限，展現(xiàn)了相較于以往工作更優(yōu)異的功能。具備零能耗、低成本、可產(chǎn)業(yè)化批量生產(chǎn)等特征，適合大規(guī)模推廣制備和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
圖｜超材料織物示意圖（來源：Science）
04
其他
67.同時發(fā)射30束激光表現(xiàn)為單一相干光源
德國科學(xué)家開發(fā)了一個由30臺垂直腔面激光發(fā)射器（VCSELs）組成的陣列。這30臺發(fā)射器一起發(fā)射激光時，整體表現(xiàn)為單一相干光源。這項成就為后續(xù)的大規(guī)模、高功率應(yīng)用鋪平了道路。這個研究團(tuán)隊利用拓?fù)鋵W(xué)原理確保陣列中每臺發(fā)射器發(fā)射的激光都會流經(jīng)其他所有發(fā)射器，這樣一來，30束激光的頻率就會保持一致。該項成果入選《物理世界》十大突破之一。
68.FAST捕獲世界最大快速射電暴樣本
快速射電暴（FRB）是無線電波段宇宙最明亮的爆發(fā)現(xiàn)象。FRB 121102是人類所知的第一個重復(fù)快速射電暴，中國科學(xué)家使用“中國天眼”FAST成功捕捉到FRB 121102的極端活動期，最劇烈時段達(dá)到每小時122次爆發(fā)，累計獲取了1652個高信噪比的爆發(fā)信號，構(gòu)成目前最大的FRB爆發(fā)事件集合。該研究首次展現(xiàn)了FRB的完整能譜，深入揭示了FRB的基礎(chǔ)物理機(jī)制。該項成果入選2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
69.中國制冷機(jī)成功實(shí)現(xiàn)零下273.1391℃
中國自主研發(fā)的無液氦稀釋制冷機(jī)成功實(shí)現(xiàn)10mK（絕對零度以上0.01度）以下極低溫運(yùn)行。這標(biāo)志著中國在高端極低溫儀器研制上取得了突破性的進(jìn)展。該項成果入選2021年中國十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜物理所10mK原型機(jī)全貌
4
智能、信息、通信
01
芯片
70.基于光的并行卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有望徹底“變革”AI硬件
持續(xù)增加的數(shù)據(jù)量在為 AI 提供源源不斷的“動力”的同時，也對用于 AI 的電子計算硬件提出了更多的挑戰(zhàn)，無論是在計算速度，還是在功耗方面，都已經(jīng)成為嚴(yán)重制約 AI 發(fā)展的主要瓶頸之一。多國科學(xué)家團(tuán)隊開發(fā)了一種新的方法和架構(gòu)，通過使用基于光的處理器或光子處理器，將處理和數(shù)據(jù)存儲結(jié)合到單個芯片上。研究結(jié)果首次證明，這些設(shè)備可以快速并行處理信息，而這種能力是現(xiàn)有電子芯片無法做到的。
圖｜新型光子處理器的并行卷積處理示意圖
（來源：牛津大學(xué)）
71.實(shí)現(xiàn)全硅基芯片間高速光通信
在提高硅的電致發(fā)光亮度與速度以及在商用微電子芯片內(nèi)部直接實(shí)現(xiàn)全硅基光電融合上，美國研究團(tuán)隊取得突破性進(jìn)展，為微電子芯片光互連、短距高速光通信以及高度集成的光學(xué)傳感與探測提供了全新的可能性。他們設(shè)計了一種微米級大小正向偏置全硅基 LED，在完全集成于 55 納米制程商用 CMOS 微電子芯片（無任何實(shí)驗室處理）的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了低電壓、高速高亮的近紅外發(fā)光，其發(fā)光強(qiáng)度和調(diào)制解調(diào)速度可同時達(dá)到此前類似器件實(shí)驗室記錄的十倍以上。
圖｜硅基?micro-LED?集成在?55BCDL CMOS?上
72.中國首款7nm通用GPU
國內(nèi)首款自主可控的7nm云端通用GPU在上海正式發(fā)布。該芯片為上海初創(chuàng)公司天數(shù)智芯研發(fā)的旗艦7nm GPGPU云端訓(xùn)練芯片BI，其加速卡也一并以實(shí)體形式發(fā)布，即將進(jìn)入批量生產(chǎn)和商用交付。BI芯片能以競品50%的芯片面積、更低的功耗，提供主流廠商產(chǎn)品近2倍的峰值性能。
02
量子
73.有史以來首張量子糾纏的成像照片
英國科學(xué)家團(tuán)隊捕捉到了世界上首張量子糾纏的實(shí)際圖像。這張?zhí)厥獾恼掌雌饋砜赡芷狡綗o奇，就是兩團(tuán)模糊的灰色塊，但其顯示了兩個光子之間的糾纏。在量子力學(xué)領(lǐng)域里，兩個相互作用的粒子會以一種極其特殊方式“糾纏”在一起，形成一種糾纏系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)里，無論相隔多遠(yuǎn)，兩個粒子都會“瞬間”共享它們的物理狀態(tài)。此前，量子糾纏已實(shí)際應(yīng)用于量子計算和密碼學(xué)等領(lǐng)域，但它從未被用圖像捕獲過，此次研究的成果將推動量子計算新興領(lǐng)域的發(fā)展。
74.量化波粒二象性
韓國和美國科學(xué)家聯(lián)合通過理論和實(shí)驗，量化了光子的“波動度”和“粒子度”，并且證明，這兩項性質(zhì)都與光子源的純度相關(guān)。這項成果在量子信息領(lǐng)域大有作用，并且能夠讓我們重新認(rèn)識互補(bǔ)性原理。所謂“互補(bǔ)性”，最早是由量子理論先驅(qū)尼爾斯·玻爾在20世紀(jì)初提出的，這個概念是說，量子物體有時表現(xiàn)得像波，有時表現(xiàn)得像粒子。該項成果入選《物理世界》十大突破之一。
75.首次實(shí)現(xiàn)兩宏觀振動鼓面的糾纏現(xiàn)象
美國兩支科學(xué)家團(tuán)隊采用不同方式率先在量子力學(xué)層面上實(shí)現(xiàn)了兩枚此類鼓面的糾纏現(xiàn)象。一只團(tuán)隊使用了一個特別挑選的共振頻率消除系統(tǒng)噪聲。而美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所的團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)的糾纏態(tài)則類似一個雙量子位門。這兩支團(tuán)隊為我們打開使用糾纏共振器的大門——我們可以在量子網(wǎng)絡(luò)中使用這類糾纏共振器，將其作為量子感應(yīng)器或結(jié)點(diǎn)。該成果入選《物理世界》十大突破之一。
圖｜美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所科研人員使用的兩枚鋁鼓面
76.首款面向圖論問題求解的光量子芯片誕生
中國研究團(tuán)隊研發(fā)出一款可編程硅基光量子計算芯片，打破了光量子計算機(jī)無法編程的質(zhì)疑，展示了光量子計算的實(shí)用化潛力。據(jù)悉，該芯片有望快速實(shí)現(xiàn)量子計算技術(shù)在數(shù)據(jù)庫搜索、圖同構(gòu)問題等場景中的落地應(yīng)用。
圖｜可編程量子行走光量子芯片概念圖
77.攻克室溫條件下構(gòu)建預(yù)報量子糾纏難題
中國研究團(tuán)隊首次基于室溫原子系綜實(shí)現(xiàn)獨(dú)立量子節(jié)點(diǎn)之間的預(yù)報糾纏。在實(shí)驗中，該團(tuán)隊通過設(shè)計巧妙的解決方案，攻克了在室溫原子系綜中構(gòu)建量子節(jié)點(diǎn)間的預(yù)報量子糾纏的難題，這促進(jìn)了更加大規(guī)模可擴(kuò)展、更加實(shí)用化的量子網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。
圖｜室溫量子網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)示意圖(a)?量子網(wǎng)絡(luò)概念圖?(b)?室溫量子節(jié)點(diǎn)建立糾纏流程圖
78.世界首個移動量子鏈路誕生
中國研究團(tuán)隊首次使用光學(xué)中繼，并將光學(xué)中繼的節(jié)點(diǎn)放到處于飛行狀態(tài)的小型無人機(jī)上，成功實(shí)現(xiàn)了糾纏光子分發(fā)實(shí)驗。他們開創(chuàng)性地引入了無人機(jī)元素來交換量子信息和構(gòu)建量子信息網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了更遠(yuǎn)和更廣的覆蓋范圍；同時，還極大便利了多節(jié)點(diǎn)移動量子網(wǎng)絡(luò)的搭建，做到?“即搭即用”、機(jī)動靈活；這種移動式的量子網(wǎng)絡(luò)，還可以作為一種新型量子通訊平臺，與已有的地基（光纖）、天基（衛(wèi)星）量子鏈路功能互補(bǔ)，構(gòu)建實(shí)用化的量子互聯(lián)網(wǎng)。
圖｜相關(guān)實(shí)驗（來源：Physical Review Letters）
79.首臺高精度量子重力儀
中國科學(xué)家在量子重力儀研發(fā)上再次取得突破，研制出實(shí)用化的高精度銣原子絕對重力儀裝備，并成功交付給中國地震局地震研究所。這是中國首臺為行業(yè)部門研制的量子重力儀，意味著將打破高精度重力儀國外技術(shù)壟斷的局面，為中國高端量子裝備的發(fā)展提供新途徑，也為行業(yè)部門的儀器使用提供了具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新選項，更能夠保障核心數(shù)據(jù)的安全。
圖｜華中科技大學(xué)研制的量子重力儀正在進(jìn)行測量
80.稀土離子實(shí)現(xiàn)多模式量子中繼及1小時光存儲
中國科學(xué)家在光量子存儲領(lǐng)域取得重要突破，其將相干光存儲時間提升至 1 小時，創(chuàng)造了新的世界紀(jì)錄。這意味著向基于可搬運(yùn)量子存儲的遠(yuǎn)距離量子通信技術(shù)邁出了重要一步。該項成果入選2021年中國十大科技進(jìn)展新聞。
圖｜中科大團(tuán)隊光量子儲存方案：
a.ZEFOZ 磁場下的能級結(jié)構(gòu)；b. 系統(tǒng)光路示意圖
81.中國團(tuán)隊打破“量子霸權(quán)”
中國研究團(tuán)隊基于新一代神威超級計算機(jī)的應(yīng)用“超大規(guī)模量子隨機(jī)電路實(shí)時模擬”（SWQSIM），有效模擬了一個深度為10x10 (1+40+1)隨機(jī)量子電路。與谷歌量子計算機(jī)“懸鈴木”200秒完成百萬0.2%保真度采樣任務(wù)相比較，“頂點(diǎn)”需要一萬年完成同等復(fù)雜度的模擬，該團(tuán)隊SWQSIM應(yīng)用則可在304秒以內(nèi)得到百萬更高保真度的關(guān)聯(lián)樣本，在一星期內(nèi)得到同樣數(shù)量的無關(guān)聯(lián)樣本，一舉打破其所宣稱的“量子霸權(quán)”。該項成果入選2021年中國十大科技進(jìn)展新聞之一。
82.“祖沖之號”成功研制并實(shí)現(xiàn)可編程的二維量子行走
全球最大量子比特數(shù)的超導(dǎo)量子體系誕生在中國。中國科學(xué)家成功研制出全球超導(dǎo)量子比特數(shù)量最多的量子計算原型機(jī)“祖沖之號”。“祖沖之號”可操縱的超導(dǎo)量子比特多達(dá) 62 個。此外，該團(tuán)隊實(shí)現(xiàn)了對格點(diǎn)間隧穿幅、以及游走構(gòu)型的精準(zhǔn)調(diào)控，從而實(shí)現(xiàn)了可編程的二維量子行走。該項成果入選2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
圖｜二維超導(dǎo)量子比特芯片示意圖
（來源：Science）
83.實(shí)現(xiàn)256個量子比特模擬器
美國科學(xué)家在實(shí)驗上將 256 個原子按照設(shè)計需要，排列成任意的三維形狀，并進(jìn)行相干操作演示量子模擬，該成果基于他們最近宣布的“有史以來最大的”256 個量子比特模擬器，產(chǎn)生的量子態(tài)數(shù)量甚至?xí)^太陽系原子的數(shù)量。
圖｜該團(tuán)隊開發(fā)出一種量子計算機(jī)，名字叫可編程量子模擬器。圖為研究人員正在調(diào)試設(shè)備，以便制造可編程光鑷（來源：哈佛大學(xué)）
84.全球最快AI超級計算機(jī)開動正拼接最大宇宙3D地圖
被譽(yù)為全球最快的人工智能工作負(fù)載超級計算機(jī)——Perlmutte宣布開啟。這臺新超級計算機(jī)以擁有6144個英偉達(dá)A100張量核心圖形處理器，將負(fù)責(zé)拼接有史以來最大的可見宇宙3D地圖。并且，它有望撥開物理學(xué)天空的烏云——暗能量。
圖｜Perlmutte超級計算機(jī)以天體物理學(xué)家索爾-珀爾馬特（Saul Perlmutter）的名字命名
03
智能
85.全球首個“自我復(fù)制”的活體機(jī)器人誕生
美國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種全新的生物繁殖方式，并利用其創(chuàng)造了有史以來第一個可進(jìn)行自我復(fù)制多代的活體機(jī)器人——Xenobots 3.0。該活體機(jī)器人或許可以有助于醫(yī)學(xué)的全新突破——除了有望用于精準(zhǔn)的藥物遞送之外，它的自我復(fù)制能力也使得再生醫(yī)學(xué)有了新的幫手，或可為出生缺陷、對抗創(chuàng)傷、癌癥與衰老提供開創(chuàng)性的解決思路。此項研究入選2021年世界十大科技進(jìn)展新聞。
86.人工智能預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)
世界知名人工智能團(tuán)隊深度思維宣布，已經(jīng)利用AI智能軟件程序——阿爾法折疊預(yù)測了人類表達(dá)的幾乎所有蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，以及其他20種生物幾乎完整的蛋白質(zhì)組。AI預(yù)測蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)廣泛應(yīng)用，提供對基礎(chǔ)生物學(xué)的見解并揭示潛在的藥物靶點(diǎn)。8月，中國研究人員使用AlphaFold2繪制了近200種與DNA結(jié)合的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。11月，德國和美國的研究人員利用AlphaFold2和冷凍電鏡繪制了核孔復(fù)合物的結(jié)構(gòu)圖。現(xiàn)在，科學(xué)家正使用AlphaFold2來模擬奧密克戎變體刺突蛋白突變的影響。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一和《自然》十大科學(xué)新聞之一。
圖｜人工智能預(yù)測了兩種蛋白質(zhì)如何形成參與酵母DNA修復(fù)的復(fù)合體
87.?0.1秒完成氣動材料軟硬切換筑
新加坡和美國研究團(tuán)隊共同研發(fā)了一種輕薄、安全、價格低的“鏈甲”智能織物。這種面料是空心八面體聯(lián)結(jié)、由 3D 打印而成，通過氣壓調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)?0.1 秒內(nèi)柔軟和堅硬狀態(tài)的自由切換。
圖丨“鏈甲”智能織物的設(shè)計和原型
（來源：Nature）
88.手術(shù)機(jī)器人完成全球首例全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)
由中國自主研發(fā)制造的TRex-RS手術(shù)機(jī)器人為一名重度髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良的患者實(shí)施了全球首例全髖關(guān)節(jié)置換手術(shù)，這標(biāo)志著中國手術(shù)機(jī)器人技術(shù)在關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域已經(jīng)達(dá)到乃至超越國際一流水平。
圖｜手術(shù)機(jī)器人
89.軟體機(jī)器人成功挑戰(zhàn)馬里亞納海溝
受深海生物特性的啟發(fā)，中國研究團(tuán)隊開發(fā)了一種能用于深海探測的無線自供能軟體機(jī)器人，他們通過在馬里亞納海溝最深 10900?米處和南海最深 3224 米處進(jìn)行實(shí)際測試，驗證了這種機(jī)器人具有極好的耐壓和游泳性能。這種深海機(jī)器人，是一種典型的仿生裝備與系統(tǒng)。該項成果入選2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
圖｜機(jī)器人設(shè)計與深海試驗
（來源：Nature）
90.史上首次一軍用無人機(jī)自主攻擊人類
聯(lián)合國安理會5月的報告稱，一架軍用無人機(jī)在沒有接到任何指令的情況下自主對人類發(fā)起襲擊，這或為歷史上首次。此事發(fā)生于2020年3月，利比亞政府軍與利比亞國民軍司令哈夫塔領(lǐng)導(dǎo)的軍事勢力發(fā)生沖突之際，一架土耳其軍事科技公司STM生產(chǎn)的“Kargu-2”型無人機(jī)在未接到任何指令的情況下，襲擊了利比亞哈夫塔爾國民軍陣營的撤退士兵。
圖｜土耳其軍事科技公司STM的“Kargu-2”型無人機(jī)
91.手機(jī)天線尺寸縮小100倍，未來有望植入人體
中國科學(xué)家突破現(xiàn)有瓶頸，使天線可集成化和微型化，其研發(fā)的小型天線由微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）和磁電子材料結(jié)合構(gòu)成，從而能通過聲學(xué)波驅(qū)動磁偶極子諧振產(chǎn)生電磁波的輻射。這種天線基于一種聲學(xué)波和磁子的耦合效應(yīng)：在壓電材料與磁性材料組成的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)壓電材料被施加電壓時會產(chǎn)生變形，并傳遞至磁性材料使其變形，產(chǎn)生震蕩，并最終完成電磁波的發(fā)射，滿足信息無線傳輸?shù)乃琛?/p>
圖｜具有巨大磁電耦合的低頻磁電天線
5
生態(tài)能源、交通與建設(shè)工程
01
能源新興技術(shù)
92.全球首艘100%氫燃料電池動力商用船舶
全球首艘100%氫燃料電池動力商用船舶建成，并在美國西海岸為正式運(yùn)營做準(zhǔn)備。該船配備了由零排放工廠（Golden Gate零排放海運(yùn)公司）提供的氫燃料電池組件，該氫燃料電池組件包括360千瓦的燃料電池和一個重達(dá)246千克的儲氫罐。此外，該系統(tǒng)還集成了由XALT提供的100千瓦時鋰離子電池和BAE系統(tǒng)提供的2組300千瓦電力推進(jìn)系統(tǒng)。氫燃料電池動力系統(tǒng)具有與柴油相當(dāng)?shù)膭恿Α⒉僮黛`活性、零碳排放和維護(hù)簡便的優(yōu)勢。
圖｜半固態(tài)高溫熔鹽金屬空氣電池結(jié)構(gòu)
（來源：Zhang et al., 2021.）
93.全固態(tài)鋰電池商業(yè)化進(jìn)程加速
中國研究團(tuán)隊設(shè)計并合成了一種全新的氯化物固態(tài)電解質(zhì)——氯化鋯鋰（Li2ZrCl6），該材料不但完美繼承了氯化物固態(tài)電解質(zhì)獨(dú)特的優(yōu)勢，還成功突破了固態(tài)電解質(zhì)成本高昂以及濕度耐受性差兩大瓶頸，為全固態(tài)電池的商業(yè)化進(jìn)程掃除障礙。該項成果入選2021年中國科學(xué)十大進(jìn)展之一。
圖｜不同氯化物固體電解質(zhì)的原材料估價
（來源：Nature Communications ）
94.鈣鈦礦電池突破21.6%光電轉(zhuǎn)化率
澳大利亞研究團(tuán)隊在太陽能轉(zhuǎn)化為電能方面取得了 21.6%?的效率，這是針對 1 平方厘米以上面積鈣鈦礦太陽能電池的新世界紀(jì)錄。這意味著，這種鈣鈦礦電池在陽光照射下，每平方米可以產(chǎn)生 216 瓦的電能。為制備低串聯(lián)電阻的鈣鈦礦太陽能電池，提供了切實(shí)的可行性方案。
圖｜鈣鈦礦太陽能電池的性能記錄
（來源：Science）
95.全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置（EAST）創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄
基于40多年努力，有“人造太陽”之稱的全超導(dǎo)托卡馬克核聚變實(shí)驗裝置（EAST）創(chuàng)造新的世界紀(jì)錄，成功實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的1.2億攝氏度101秒和1.6億攝氏度20秒等離子體運(yùn)行，向核聚變能源應(yīng)用邁出重要一步，是中國首次在國際上采用全金屬主動水冷第一壁、高性能鎢偏濾器、穩(wěn)態(tài)高功率波加熱等關(guān)鍵技術(shù)。
圖｜“人造太陽”1.2億攝氏度成功“燃燒”100秒時，內(nèi)部的紅外影像
96.實(shí)現(xiàn)歷史性核聚變突破
美國國家點(diǎn)火裝置?(NIF)?產(chǎn)生了一種聚變反應(yīng)，這種反應(yīng)產(chǎn)生的能量比點(diǎn)燃它所需的激光能量更多。NIF使用來自世界上最高能量激光的脈沖來壓縮胡椒粒大小的氫同位素氘和氚膠囊。這種方法每次發(fā)射產(chǎn)生170千焦的聚變能量——遠(yuǎn)低于1.9兆焦的激光輸入。但在8月8日記錄顯示，該能量飆升至1.35兆焦耳。研究人員認(rèn)為這是燃燒等離子體的結(jié)果，這意味著聚變反應(yīng)產(chǎn)生了足夠的熱量，可以像火焰一樣通過壓縮燃料傳播。該研究入選《科學(xué)》十大科學(xué)突破之一和《物理世界》十大突破之一。
圖｜為了產(chǎn)生美國國家點(diǎn)火裝置（NIF）的聚變反應(yīng)，192束激光束會聚在一個微小的燃料芯塊周圍
97.全球最大核聚變裝置ITER即將啟動彩排實(shí)驗JET?
源于歐洲聯(lián)合環(huán)狀反應(yīng)堆（JET）將在今年 6 月份進(jìn)行氘氚核聚變實(shí)驗。核聚變反應(yīng)是一種產(chǎn)生能量的方式。太陽釋放的能量就是核聚變反應(yīng)，人們現(xiàn)在所使用的能源，大部分是太陽在歷史時期和現(xiàn)在釋放的能量。如果物理學(xué)家能夠掌握核聚變反應(yīng)的方法，在地球上制造幾個“小太陽”，那么地球上的資源將取之不盡，用之不竭。
圖｜龐大、精密、復(fù)雜的ITER?一拖再拖，反復(fù)跳票
02
建設(shè)工程
98.中國首個海底數(shù)據(jù)艙
中國首個海底數(shù)據(jù)艙在珠海高欄港揭幕，標(biāo)志著中國大數(shù)據(jù)中心走進(jìn)海洋時代。“海底數(shù)據(jù)中心項目(Project UDC)”是將服務(wù)器等互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施安裝在帶有先進(jìn)冷卻功能的海底密閉的壓力容器中，用海底復(fù)合纜供電、并將數(shù)據(jù)回傳至互聯(lián)網(wǎng)；海底數(shù)據(jù)中心(UDC)通過與海水進(jìn)行熱交換，利用巨量流動海水對互聯(lián)網(wǎng)設(shè)施進(jìn)行散熱，有效節(jié)約了能源、資源。
99.中國成功突破“貪吃蛇”鉆井技術(shù)“限速”
中國自主研發(fā)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向和隨鉆測井系統(tǒng)中的高速率脈沖遙傳技術(shù)在渤海油田南堡區(qū)塊實(shí)現(xiàn)重要突破，傳輸速率同比提升24倍，同比提高鉆井時效20％。至此，中國在這一被稱為“貪吃蛇”的鉆井技術(shù)領(lǐng)域成功突破“限速”，正式躋身世界前列，為該技術(shù)大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用鋪平道路。
圖｜“貪吃蛇”系統(tǒng)隨鉆頭入井
100.世界最快高鐵
由中國自主研發(fā)設(shè)計、自主制造的世界首臺高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化樣車及試驗線啟用，標(biāo)志著高溫超導(dǎo)高速磁浮工程化研究實(shí)現(xiàn)從無到有的突破。該車采用全碳纖維輕量化車體、低阻力頭型、大載重高溫超導(dǎo)磁浮技術(shù)等新技術(shù)和新工藝，設(shè)計時速620千米，有望創(chuàng)造在大氣環(huán)境下陸地交通的速度新紀(jì)錄。
未來智能實(shí)驗室的主要工作包括：建立AI智能系統(tǒng)智商評測體系，開展世界人工智能智商評測；開展互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦研究計劃，構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)（城市）大腦技術(shù)和企業(yè)圖譜，為提升企業(yè)，行業(yè)與城市的智能水平服務(wù)。每日推薦范圍未來科技發(fā)展趨勢的學(xué)習(xí)型文章。目前線上平臺已收藏上千篇精華前沿科技文章和報告。
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的2021年世界科技进展100项的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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