美国欲抢占新科技革命先机

　　美国欲抢占新科技革命先机

　　这将是一个近乎完美的计算化设计和制造的时代，它将给我们制造产品的方式带来巨大改变，如同农业革命对我们种植方式的改变一样

　　文/《瞭望》新闻周刊记者任海军

　　在美国的发展过程中，每一次大的危机常常伴随着一场新的技术革命；每一次经济的复苏，都与技术创新密不可分。2009年奥巴马政府上台之际，美国面临二战以来最严重金融危机，奥巴马政府力图通过发展太阳能、风能等清洁能源促进美国经济的战略转型，继续使美国充当世界“领头羊”。此外，奥巴马政府也高度重视基础研究，推进美国产、学、研各界在生命科学、信息技术、新材料等领域有所作为。

　　巨资投入基础研究

　　目前，世界范围内的科技竞争日趋激烈，并已前移至基础研究，主要发达国家纷纷加大基础研究投入，以占领世界科学前沿的制高点。作为世界头号科技强国，美国在基础研究方面也持续投入巨资。

　　奥巴马上台后表示，加强美国在科学、技术和创新领域的领导地位将成为他任内的中心要务。他承诺将未来10年基础研究的经费翻一番，增加对材料科学、生命科学、数学和工程学领域基础研究的资助。2010年，美国联邦研发预算为1475亿美元，比2009年高0.3%，其中基础研究增加至308亿美元，增幅达3.4%。

　　美国掌管非国防类研究开发费用的政府机构主要有四个：国家科学基金会、国家卫生研究院、能源部科学办公室以及国家标准技术研究院。其中国家科学基金会是美国负责综合性基础研究的最大政府部门。根据2011财政年度预算案，美国国家科学基金会的预算约为68亿美元，其中约60亿美元用于科学和工程领域内影响美国未来创新能力的基础研究项目，该机构近年来更加关心交叉学科和新兴学科内涌现出的新思路、新方法、新理论和新模型在推动经济增长方面的作用，就学科领域而言，资助重点主要为：信息技术、能源技术、气候变化、先进制造和安全防范。

　　国家卫生研究院侧重于资助分子库与分子成像、生物信息学与计算机生物学、纳米医学、结构生物学、构建生物学通路及其阻断模型等领域的基础研究。此外，国家卫生研究院希望在物理学和生物学研究的技术联合及领域交叉方面开辟新道路。美国国家卫生研究院第一副院长劳伦斯·塔巴克曾表示，“生物学、物理学和信息科学以令人难以置信的速度进行着融合，这就要求我们打破学术领域、研究所、研究中心间的障碍，迫使自己发现更新、更有效的生物医学研究模式，并将其用于疾病治疗。”

　　能源部科学办公室是美国支持能源基础科学研究的主要机构，也是支持物理学基础研究的最大机构，其2011财年的预算中有18亿美元用于支持基础能源科学研究，以发现生产、储藏以及使用能源的新方式。

　　创新推动清洁能源

　　奥巴马政府提出，2035年美国80%的电力要来源于清洁能源。在发展清洁能源方面，奥巴马政府采取的措施主要有：

　　推动清洁能源研发组织模式创新。一是借鉴国防部高级研究计划署的科研项目实施经验，美国能源部于2007年8月成立能源高级研究计划项目署，目前该机构已经资助了100多个研究项目。二是建立能源创新中心，通过汇聚来自不同学科的科学家和理论创新的思想家，形成高度集成的团队，对清洁能源难点问题进行重点攻关，以取得突破性研究成果。

　　加强清洁能源的投资力度。2009年的《复兴法案》为清洁能源投入380多亿美元，其中对能源保护和可再生能源开发的投入最多，达168亿美元，环境管理、清洁能源电力传输系统的工程贷款、电网现代化等也占有较大比例。2010～2012三个财年中，美国能源部发展清洁能源的预算分别为264亿、284亿和295亿美元，重点支持了风能、地热能、太阳能、智能电网、核安全、高性能电池和关键材料等技术的发展。

　　美国国家科学基金会将投入9亿多美元，用于支持那些可对人类社会和自然环境都产生重大影响的清洁能源跨学科解决方案；拨款约5亿美元资助涉及清洁能源开发和能源效率提高的基础研究。美国能源部科学办公室2009年决定，在5年内投资7.77亿美元在36个州的大学、国家实验室、非营利性机构以及公司等成立46个能源前沿研究中心。大致计划为：20个研究中心研究可再生、碳中性能源，包括太阳能、生物燃料、先进核能以及二氧化碳的地下封存技术等；6个研究中心从事能源效率技术的研究，包括固态照明、超导和清洁高效燃烧等技术；6个研究中心研究能源储存，包括电力储存和氢能储存等；14个实验室用来研究交叉科学，包括研究极端环境下的催化剂及材料。

　　促进清洁能源技术储备和成果转化。目前，拥有新能源技术专利最多的国家是美国，其次是德国和日本，三者的专利数分别占全球的1/2、1/3和1/10。在国家创新战略中，奥巴马政府提出要建立新能源标准、推广节能产品、投资先进汽车技术和制定清洁能源制造业退税政策，加大清洁能源技术的研发和转移转化。

　　打造更强大的生物经济

　　美国国家卫生研究院是世界上从事生命科学研究的最重要机构之一，2011财年的预算约为300亿美元，其中80%用于支持超过5万个竞争性项目，涉及2500多所大学的30万名研究人员。由此推断，每个项目的平均资助金额约为48万美元，平均人员数约为6人，每所大学平均获得国家卫生研究院资助的项目数约为20个。

　　国家卫生研究院现任院长弗朗西斯·柯林斯是一名遗传学家，柯林斯表示，他在任内将推动个性化医疗及干细胞方面的研究，推动利用尖端科技造福于人类健康，他很希望看到美国的角色将来由“世界大兵转变为世界医生”。

　　胚胎干细胞研究在美国一直是争议颇大的研究领域。奥巴马2009年上任伊始就签署行政命令，解除对政府资助胚胎干细胞研究的一项禁令。目前，美国食品和药物管理局已经批准相关公司进行人类胚胎干细胞疗法临床试验。

　　奥巴马政府还加大可对生物技术研究的支持力度，并将生物学作为推动美国科技创新和经济发展的主要驱动者之一。2012年4月发布的《国家生物经济蓝图》还为促进美国政府实现以生物科学研究带动经济发展的目标提出了具体要求：加大生物学领域研究和开发的资金支持力度，为未来生物经济的发展奠定坚实基础；促进生物学相关成果从实验室到市场的转化，包括重点加强科学转移和管理；发展和修改现有条例以减少生物经济发展的障碍，提高管理过程的可预见性，同时缩小保护环境和人类健康的成本；更新培训机制，促进相关学术研究机构结盟，并激励学生积极参与国家劳动力所需要的各种培训；抓住机遇，促进公私部门的伙伴关系和竞争关系的良性发展，从以往的成功或失败案例中吸取资源、知识和人才等方面的经验。

　　美国在生物技术领域近年来取得多项突破。例如，克雷格·文特尔研究所2010年宣布制造出第一个由人工合成基因组控制的细胞，并获评《科学》杂志年度十大科技进展。《科学》杂志认为，这项研究向人造生命形式迈出了关键一步。

　　信息技术和新材料的超越

　　在信息技术领域，美国国家科学基金会将继续为“超越摩尔定律的科学与工程”计划拨款，资助这项整合了纳米科技、计算科学、材料科学和物理学的多学科研究课题，目标是通过支持那些可改进或取代现有半导体集成技术的研究项目，打破现有技术上的极限，突破摩尔定律，使纳米技术、计算方法、软件设计和芯片结构方面的基础研究能够推动新一代芯片制造技术的开发，进而保持美国在通信和计算领域的前沿地位。

　　该领域另一项大型计划是“21世纪科学工程网络基础设施框架”，资助项目集中在高性能计算机软硬件、大规模数据密集型计算、网络的可视化处理、网络高效分析等具有潜在突破性的领域，其成果可能对人类社会产生广泛而深远的影响。

　　在材料科学领域，国家科学基金会则把关注点放在有可能给未来经济的发展带来巨大推动作用的新材料研发上，加大对网络物理结构体系、先进机器人、纳米制造和智能传感器等各领域内产品开发上的支持力度，并增加了在“国家纳米技术计划”上的投入。美国力图保持纳米研发占据世界领先地位；继续加大支持研发力度；酝酿启动至少5个跨学科的纳米技术研究计划；确定并支持国家目标的纳米技术相关研发领域；大力发展纳米技术的规模化经济。

　　在2012年年初发表的题为《科技引领的繁荣即将到来》的文章中，美国数字电力集团创始人、物理学家马克·米尔斯和西北大学麦考密克工程及应用科学学院院长胡里奥·奥蒂诺指出，美国乃至世界刚刚进入到一个新兴材料科学将给物质生产带来革命性变革的时代。不久之后，工程师就将在分子层面完成设计和制造，优化材料特点，甚至创造出新的材料，极大地提高质量和减少浪费。新的设备和产品正在出现，而它们都是基于一些计算机设计出来的但在几年前根本不存在的材料，如新合金、取代硅晶体管的石墨烯晶体管和一些具有自然界不可能有的特性超材料。

　　这个新材料时代与三维打印——又被称作“直接数字化制造”——结合起来就将对经济产生爆炸性的影响。所谓三维打印实际上是利用计算机、激光和最基础的粉状金属和塑料，“打印”零部件和设备。目前一些高价值实用产品——如不同病人所需的植入物如髋关节或牙齿，或更轻、更结实的飞机零部件——已经被打印出来。接下来的某一天就是大家梦寐以求的结果：“在桌面”打印整个最终产品，从车轮到洗衣机。

　　文章认为，这将是一个近乎完美的计算化设计和制造的时代，它将给我们制造产品的方式带来巨大改变，如同农业革命对我们种植方式的改变一样。而这个时代的决定性力量将是高素质的人才，而不是廉价劳动力。□