美國未來5大重點研發領域

國家戰略計算生態系統，火星任務試驗場，來了來了！2020年8月14日，美國白宮發布了2022財年美國研發預算優先事項（FY 2022 Administration Research and Development Budget Priorities）。2022財年預算中，共確定了5大研發預算優先事項，以確保美國在科技創新方面保持全球領先地位。IotF（人工智慧、量子信息科學、先進通信網絡（5G）、先進位造、生物科技）仍然是美國的研發優先方向。

受新冠疫情影響，2020財年的研發優先事項新加入了美國公共安全與創新方向。報告最後還提出了4大優先措施來保障5大優先研究事項的順利進行。

2022財年美國研發預算優先事項

來源：美國白宮官網

五大研發重點領域

1.美國公共安全與創新

川普政府優先研發加強和確保個人、家庭和社區健康和生存質量的領域。新冠疫情證明了公共安全威脅和挑戰會對經濟和國家安全帶來影響。政府關注於改善健康、同時確保經濟創新的研發項目。

1.1 診斷、疫苗和治療的研發項目

新冠疫情證明了檢測、預防、響應和控制在應對傳染病和其他生物威脅中的重要作用，並需要所有相關部門和機構的協同努力。相關部門和機構應該繼續支持醫療企業在現代化設備開發、診斷、治療和疫苗等方面的研發。

1.2 傳染病建模和預測

美國必須加強流行病學建模方面的研發，並在日常工作中使用此類模型，而非僅偶爾用於危機活動中。相關部門應通過繼續利用數據和預測科學的發展來預測未來的流行病，以應對未來傳染病的爆發。

1.3 生物醫藥和生物技術

相關部門和機構應該優先加速識別和選擇領域的研發投入，包括傳染病的快速檢測、遏制和治療。相關主題包括藥物和非藥物的幹預、個性化醫學、神經科學和其他IotF領域的發展。

1.4 生物經濟

美國的生物經濟是由科學、基礎設施、創新和技術、健康、國家安全等組成的促進經濟增長、促進安全和增加公共福祉。為應對新冠疫情帶來的人口和資源的損失，相關部門和機構應當優先基於證據的標準和研究來快速和戰略上持續改善支持人、植物和動物安全的生物科技基礎設施。

2.美國在IotF（未來和相關技術領域）的領導能力

美國政府將繼續優先發展IotF相關的科學和技術領域，包括人工智慧、量子信息科學、先進通信網絡（5G）、先進位造和生物科技、未來計算生態系統以及IotF 賦能的自動駕駛和遠程導航車輛。以促進美國經濟發展、改善人民生活質量和國家安全，並為創造更多高報酬的工作崗位。

2.1 人工智慧

相關部門和機構應該優先人工智慧領域的研究投入，並與2019年2月川普籤署的第13859號行政命令「維持美國在人工智慧領域的領導地位」以及2019年更新的國家人工智慧研究和開發戰略規劃相一致。變革性基礎研究的重點包括人工智慧倫理問題、高效數據和高性能機器學習技術、認知人工智慧、安全和可信賴的人工智慧、可擴展和魯棒的人工智慧、融合和交互式人工智慧、新型人工智慧硬體等。

當前研究的重點是人工智慧在醫療、增強圖像、診斷、數據分析等領域的應用。人工智慧基礎設施的投資也是優先投資的方向，包括人工智慧開發、測試和評估的國家級機構和測試床，人工智慧研發的數據和模型資源，以及開放支持網絡。此外，還應優先人工智慧評估方法、標準的研發，包括可信賴人工智慧在準確性、公平性、魯棒性、可解釋性、透明性等維度的量化。

2.2 量子信息科學

為與2018年的國家量子計劃法案、國防授權法案一致，相關部門和機構應優先支持構建量子信息科學生態系統的方法，探索量子前沿問題。鼓勵相關機構的協作以及通過聯合體和其他技術轉化機制來支持競爭前的研發，投資相關的基礎設施和測試床為下一代量子設備、使用量子技術來幫助相關機構完成使命具有重要意義。

2.3 先進通信網絡

相關部門和機構應與私有企業緊密協作，加強先進通信技術的基本研究，包括5G和其他無線網絡。美國無線通信領導能力研發優先計劃報告中提出包括人工智慧、機器學習技術無線系統優化中的與應用研究，以及應用人工智慧、機器學習技術到通信和網絡安全中，實現安全和可信的應用。相關部門和機構應鼓勵利用5G和先進網絡技術的應用，通過開放、互操作、安全設計和模塊化網絡架構的研發來促進美國無線網絡設備產業的發展。

2.4 先進位造

相關部門和機構的研發投資應該支持美國先進位造領導力戰略報告中的目標。優先領域包括智能和數字製造、先進工業機器人，尤其是使用了工業物聯網的系統。相關部門和機構應該關注低成本的分布式製造、繼續製造方法。

2.5 IotF相關的技術-未來計算生態系統

為促進IotF，相關部門和機構應優先實現National Strategic Computing Initiative Update: Pioneering the Future of computing中提出的國家戰略計算生態系統，融合先進計算、軟體、數據資源，支持未來技術的創新和轉化。其中包括未來計算技術中的基本研發領域的投資，包括測試床、實現系統和原型系統。

3.美國國家安全

維持和保護美國安全需要聯邦政府在研發方面的投入來實現預防和響應戰略競爭者和對手國家不斷發展的挑戰的魯棒的和靈活的能力。

3.1 恢復能力

相關部門和機構應該投資增強美國個人、企業、社區、政府和社會安全和彈性的研發。其中包括增強預測、預防、應對或從物理威脅和自然災害中恢復能力的研發。這類研發的範圍非常廣，具體包括傳染病和其他生物威脅、極端天氣事件、地球物理危害、對關鍵基礎設施的網絡和電磁脈衝攻擊，以及對供應鏈安全漏洞的利用。

3.2 先進軍事能力

相關部門和機構應該在研發領域投資來實現應對新興威脅和保護美國安全所需的先進軍事能力，包括攻擊性和防護下的超聲波武器、彈性的國家安全太空系統、現代化和靈活的戰略和非戰略核打擊能力。相關部門和機構應該開發可以縮短國防採購周期和增強應對全域新興軍事威脅（包括太空和網絡空間）的準確度的技術方法。

3.3半導體

相關部門和機構應該與產業界和學術界合作來優先發展確保政府對可信的微電子和保持美國半導體技術領域領導地位的訪問，包括底層的材料、設備、設計和軟體，以及先進微電子所需的設計和描述工具和設施。

4.美國能源和環境領導地位

4.1能源

相關部門和機構應該投資那些有望安全、高效地利用美國能源資源的早期、創新的技術研發，其中包括原子能、可再生能源和化石能源。政府資助的能源研發項目應該繼續反映越來越依賴私營部門為能源生產、儲存和消費技術的後期研究、開發和商業化提供資金的趨勢，同時支持可以改善多機構協作的用戶設施。

4.2地球系統預測和氣象服務

美國想通過涵蓋天氣、氣候、水文、海洋和相關環境主題的地球系統方法在氣象服務中實現全球引領，並通過提供高度覆蓋本地到全球影響的信息來提供社會效益。相關部門和機構應該優先考慮、協調和合作來實施國家戰略，加速可預測性的理論進步和實際運用，縮小關鍵領域差距， 使用人工智慧等非傳統方法來探索先進的建模能力。相關部門和機構應優先考慮充分充分利用可用的計算和數據基礎設施來支持該研究，並通過協調和夥伴關係有效利用研究資源。

4.3海洋

為促進總統關於海洋測繪的備忘錄的實施，相關部門和機構應該優先發展新興技術和合作來有效對美國專屬經濟區的資源進行測繪、探索和分類。相關部門和機構應該關注增強有效和高效管理海量海洋觀測和研究數據的能力，在聯邦政府和相關利益方之間開放數據，並支持改善對海洋系統變化響應的研發，比如海洋化學。

4.4北極

美國是一個北極國家，北極地區迅速變化的環境對美國國家安全、商業和運輸等的影響正在顯現。相關部門和機構應優先考慮增強觀測、理解和預測北極物理、生物和社會經濟效益的能力，以更好地保護和促進美國利益。

5.美國在太空領域的領導地位

研發投資應該繼續利用美國大學和私營機構的能力，聚焦美國在太空領域的領導地位，以支持川普政府2024年的登月計劃，並作為未來人類火星任務的試驗場。在近地軌道的新平臺上進行生物和物理科學的微重力研究對於實現更長時間的人類太空任務非常重要，並可能對地球上的生命產生實際益處。

相關部門和機構應優先考慮月球和火星的低溫燃料儲存和管理、太空製造和裝配、先進的太空相關動力和推進能力、以及軌道碎片管理研究。還應優先安排確保商業活動的工業基礎的活動，這將大大加快私營部門實現政府既定目標和促進太空經濟發展。最後，還應關注先進材料、添加劑製造和機器學習等在太空和地球具有潛在應用的能力。

6、優先措施

為實現優先事項，建議採取的措施有：

● 構建面向未來的科技人才隊伍；

● 優化研究環境和結果；

● 促進多機構合作和技術轉移；

● 充分利用大數據的力量。