Yan J, Mu Z, Zheng W (2023) 2023 Global Engineering Fronts. Engineering 31, 4-7 – https://doi.org/10.1016/j.eng.2023.12.001 – open access article pdf – CC BY-NC-ND 4.0
Članek skupine raziskovalcev s Kitajske inženirske akademije obravnava globalne inženirske usmeritve (obzorja) za leto 2023 in pri tem poudarja ključne raziskovalne in razvojne trende na različnih inženirskih področjih. Inženirske usmeritve so definirane v članku jit ključna področja v inženirstvu, ki so usmerjena v prihodnost, vrhunske in razlagalne in ki usmerjajo inovacije v inženirski znanosti in tehnologiji.
Inženirske raziskovalne usmeritve poudarjajo teoretično raziskovanje in inženirske razvojne usmeritve se osredotočajo na praktično uporabo inženirskih znanj.
V letu 2023 je bilo na osnovi objavljenih raziskovalnih spoznanj v znanstveni literaturi in na osnovi patentne baze inovacij prepoznanih skupaj 93 inženirskih raziskovalnih usmeritev in 94 inženirskih razvojnih usmeritev. Članek je razdelil prepoznane usmeritve na 9 področij, ki so prikazana spodaj v 9 preglednicah.
Preglednica 1 – Področja strojništva in inženirstva vozil.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Tehnologija hipersoničnih letal | Tehnologija za optimizacijo delovanja z več roboti |
| Nizkoogljične in brezogljične tehnologije gorivnih motorjev | Nizkocenovno vesoljsko plovilo za večkratno uporabo |
| Dinamično rekonfigurabilni mobilni roji mikrorobotov | Podvodno reševalno vozilo brez posadke |
| Prilagodljivi senzorji za nošenje, ki se napajajo sami | Tehnologija načrtovanja poti brezpilotnega zrakoplova |
| Inteligentni preskus učinkovitosti samodejne vožnje v neugodnem okolju | Tehnologija natančnega vodenja za mikro brezpilotno zračno vozilo |
| Večmaterialno štiridimenzijsko (4D) tiskanje | Natančno prepoznavanje ciljev na podlagi umetne inteligence |
| Sistem brezžičnega polnjenja za podvodna avtonomna vozila | Večnamenska visoko zmogljiva tehnologija kompozitov za letalsko in vesoljsko industrijo |
| Najsodobnejši razvoj žilnih robotskih sistemov | Tehnologija za integracijo energije in upravljanje pogonskega goriva za vesoljske transportne sisteme |
| Strojno diagnosticiranje napak na podlagi transfernega učenja | Mikro visokozmogljiva kombinirana tehnologija zaznavanja |
| Robotsko podprto rezkanje in poliranje | Sistem nadzora in zaznavanja inteligentnega mobilnega robota |
Preglednica 2 – Področja informatike in elektrotehnike.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Teorija in tehnologija velikih modelov in njihovih računalniških sistemov | Tehnologija faznih nizov s svetlobnim krmiljenjem |
| Teorije omrežij in ključne tehnologije satelitskega interneta | Tehnologija nadzora sistemov brez posadke na podlagi vmesnika možgani-računalnik |
| Kvantni čipi na osnovi silicija v zelo velikem obsegu | Tehnologija gradnje omrežja računalniške moči za raznoliko računalništvo |
| Fotonsko integrirani laserji za kvantne aplikacije | Prilagodljiv inteligentni taktilni senzor |
| Teorija in tehnologije komunikacije z izjemno velikimi in ultraširokopasovnimi antenskimi nizi | Optična komunikacijska tehnologija za visoke hitrosti v prostem prostoru |
| Optoelektronske računalniške naprave v senzorjih in njihova integracija | Teraherčni polprevodniška integrirana vezja s faznim nizom |
| Samodejni razvoj programske opreme s pomočjo umetne inteligence | Diagnostika in odkrivanje napak na podlagi umetne inteligence |
| Sistematizirano igranje in inteligentno krmiljenje za multiagentne sisteme | Materiali iz silicijevega karbida velikih dimenzij in energetski čipi |
| Kibernetsko-fizikalna varnost industrijskih nadzornih sistemov | Tridimenzijska (3D) tehnologija z golim očesom, ki temelji na tehnologiji svetlobnega polja |
| Satelitski laserski komunikacijski terminal na osnovi čipa | Vesoljski operacijski sistem z razširjeno resničnostjo |
Preglednica 3 – Področja kemijskega inženirstva, metalurgije in inženirstva materialov.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Biokonverzija ogljikovega dioksida v kemikalije, goriva in materiale, ki jo poganja obnovljiva energija | Metalurška uporaba obnovljivih virov energije z nizkimi emisijami ogljika |
| Tehnologija kaotične nelinearne izboljšave metalurškega pretočnega polja | Vključevanje velikih jezikovnih modelov za načrtovanje in sintezo naprednih materialov za kemijsko inženirstvo |
| Visoko zmogljivi elektrokatalizatorji in elektrolizni sistemi za pretvorbo in uporabo CO2 | Načrtovanje in priprava kompozitov s kovinsko matrico za visokotemperaturna okolja |
| Karakterizacija heterogenih katalizatorjev v molekularnem/atomskem merilu in situ v reakcijskih pogojih | Učinkovite in energetsko varčne tehnologije ločevanja za energetsko intenzivne kemijske procese |
| Oblikovanje in optimizacija procesov nizkoogljičnih in energetsko varčnih metalurških reaktorjev | Tehnologija kaotičnega izboljšanja za proces ogrevanja v metalurških pečeh |
| Racionalno načrtovanje in izdelava posebnih zlitin za kriogena okolja | Tehnologija gradnje in obsežne proizvodnje fotonapetostnih naprav z visokim izkoristkom |
| Integrirane monolitne elektrode za visoko učinkovito elektrokemijsko shranjevanje energije | Nizkotemperaturna in nizkotlačna termična katalitična sinteza amoniaka v širokem območju obremenitve |
| Raziskave o jeklu visoke trdnosti, visoke žilavosti in nizke gostote | Razvoj tehnologije za proizvodnjo železa v plavžih z ogljikovim ciklom, bogatih z vodikom |
| Učinkovita priprava in katalitični mehanizem superrazpršenih enoatomskih katalizatorjev iz zlitin | Razvoj in uporaba baterij aluminij-zrak z izjemno visoko energijsko gostoto |
| Selektivna zaprta membrana za prenos mase za ločevanje ionov | Ključne tehnologije priprave in uporabe kovin, zlitin in materialov visoke čistosti |
| Notranjevarni baterijski sistemi za shranjevanje energije iz obnovljivih virov | Molekularno načrtovanje in obsežna priprava novih bioloških letalskih goriv |
Preglednica 4 – Področja energetike in rudarstva.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Raziskave o neposredni proizvodnji vodika iz morske vode | Tehnologija hitrega polnjenja in upravljanja baterij |
| Mehanizem materiala visokotemperaturnega superprevodnika (HTS) v kompaktnem fuzijskem reaktorju | Dolgoročno in obsežno shranjevanje toplotne energije in tehnologije za termo-mehansko shranjevanje energije |
| Metoda zaznavanja spremembe slike daljinskega zaznavanja za energetske vire | Podatkovno vodena tehnologija za varnostni sistem delovanja in spremljanja inteligentnega elektrodistribucijskega omrežja |
| Večskalno modeliranje in simulacija sklopljenih termo-hidro-mehanskih procesov v kamninah za geotermalne sisteme | Kovinska goriva za hitre reaktorje, nitridno in karbidno gorivo ter gorivni cikli |
| Tehnologije Power-to-X, ki temeljijo na obnovljivih virih energije | Deuterij tritij poskusno delovanje v jedrskem reaktorju tipa Tokamak |
| Litij-kovinske baterije z visoko energijsko gostoto | Tehnologija spajanja proizvodnje vodika iz jedrske energije in industrijske uporabe |
| Raziskave o načinu proizvodnje vodika in kritičnih materialih z jedrsko energijo | Metoda raziskovanja nahajališč mineralov z uporabo zelo natančnih meritev zemeljske gravitacije |
| Kritična tehnologija pri geološkem odlaganju visoko radioaktivnih odpadkov | Interpretacija in uporaba seizmičnih podatkov na podlagi globokega učenja |
| Model napovedovanja hitrosti vrtanja na podlagi umetnih nevronskih mrež | Raziskave in razvoj prenosne naprave za geološko raziskovanje in vzorčenje |
| Značilnosti in učinki stimulacije rezervoarja pri hidravličnem lomljenju | Raziskave o inteligentni sodelovalni platformi za raziskovanje in razvoj nafte in plina |
| Teoretične raziskave o izboljšanju kakovosti in učinkovitosti pri razvoju nafte in plina v kompleksnih globokomorskih geoloških formacijah | Optimalna in hitra tehnologija vrtanja dolge vodoravne vrtine na veliki ploščadi v skrilavcu |
| Napredek pri modeliranju mehanike globokih kamnin za varno in učinkovito podzemno rudarjenje | Raziskave in razvoj inteligentne opreme za zaznavanje vrtanja za odkrivanje premogovnikov v zapletenih razmerah |
Preglednica 5 – Področja gradbenega inženirstva (gradbeništva), hidravličnega inženirstva (hidrotehnike) in arhitekturnega inženirstva.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Prepoznavanje poškodb na konstrukciji in napovedovanje zmogljivosti na podlagi umetne inteligence | Inteligentno odkrivanje in tehnologija sanacije puščanja drenažnih cevi |
| Metode in tehnologije za zmanjšanje emisij ogljika pri obnovi mest | Osnovna tehnologija za globalni in regionalni koordinatni okvir na ravni 1 mm |
| Prostorsko-časovna porazdelitev in inteligentno vrednotenje veriženja velikanskih geoloških nesreč | Digitalna tehnologija za zaščito in uporabo mestnih zgodovinskih in kulturnih virov |
| Ocenjevanje zaznavanja zmogljivosti in sanacija cestne, železniške in letališke infrastrukture v obratovanju | Tehnika generiranja prostorskega programiranja velikih javnih stavb, podprta z umetno inteligenco |
| Odpornost strukturnih in inženirskih sistemov na nesreče v celotnem življenjskem ciklu | Napredne tehnologije za gradnjo in vzdrževanje cestne, železniške in letališke infrastrukture v ekstremnih okoljih |
| Kofermentacija komunalnega blata in odpadkov za učinkovito rabo virov | Tehnologije in oprema za opazovanje na kraju samem v zapletenih in ekstremnih podvodnih okoljih |
| Usklajen razvoj količine in kakovosti podzemne vode ter vpliva na okolje in trajnostna raba podzemne vode | Tehnologija priprave ogljično negativnih gradbenih materialov iz industrijskih stranskih proizvodov iz več virov |
| Prostorska optimizacija mestnih grajenih okolij z veliko gostoto na podlagi varnosti in odpornosti na več ravneh | Učinkovita tehnologija vrtanja in zaznavanja velikih globin v kompleksnem geološkem okolju |
| Opredelitev tveganja in nadzor patogenih mikroorganizmov v urbanih vodovodnih sistemih | Montažne konstrukcije s sestavnimi deli in modularnimi enotami |
| Inteligentno zaznavanje predmetov na slikah daljinskega zaznavanja visoke ločljivosti | Pametna namakalna in drenažna tehnologija ter oprema za visoko produktivna kmetijska zemljišča |
Preglednica 6 – Področja okoljskega inženirstva in inženirstva lahkih oblačil.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Okoljska tveganja novih onesnaževal v tleh | Nizkoogljična tehnologija denitrifikacije odpadne vode |
| Zmanjšanje in uporaba emisij toplogrednih plinov, ki niso CO2 | Tehnologija in oprema za ekološko upravljanje evtrofikacije rek in jezer |
| Tehnologije za preprečevanje in sanacijo mikroonesnaženosti virov pitne vode ter varno uporabo mikroonesnažene vode | Medmrežno sodelovalna tehnologija za preprečevanje in nadzor novih in tradicionalnih onesnaževal |
| Mejna interpretacija emisij toplogrednih plinov iz ribogojstva | Integrirane tehnologije za zmanjšanje onesnaževanja tal in nadzor emisij ogljika za kemični industrijski park |
| Metoda napovedovanja na podlagi nevronskega omrežja | Tehnologija laserskega zaznavanja biooptičnega profila v zgornjem delu oceanske vode |
| Raziskave o vplivu urbanizacije na urne ekstremne padavine | Razvoj regionalnega modela zemeljskega sistema s konvektivno ločljivostjo |
| Ocena globalnega pretoka ogljikovega dioksida med zrakom in morjem ter mehanizem njegovega uravnavanja | Gradbena tehnologija velike ribogojne platforme v globokem morju |
| Raziskave o natančni prehrani in zdravem inženiringu | Protimikrobni tekstil iz celuloze |
| Raziskave in razvoj tekstilnih materialov iz biomase za nizkoogljično varstvo okolja | Raziskave o bioaugmentaciji funkcionalnih sestavin živil |
| Raziskave o uporabi celotne komponente biomase v razsutem stanju | Tehnologija celične tovarne za trajnostno proizvodnjo mlečne kisline iz lignoceluloze |
Preglednica 7 – Področja kmetijstva (agronomije).
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Pan-genom poljščin | Razvoj in uporaba urejevalnikov genomov v poljščinah |
| Mehanizmi in metode za sinergijsko izboljšanje pridelka, kakovosti in učinkovitosti | Zelena tehnologija gojenja s super visokim donosom |
| Genetska osnova in regulativna mreža za oblikovanje kakovosti vrtnarskih pridelkov | Razvoj in uporaba visokokakovostnih virov zarodne plazme za vrtnarske kulture |
| Inteligentni mehanizem prepoznavanja in tehnologija spremljanja bolezni in škodljivcev poljščin v realnem času | Molekularno načrtovanje zelenih pesticidov na podlagi strukturne biologije |
| Modifikacija slame in tehnologija hitre razgradnje | Sinergijska tehnologija za učinkovito pretvorbo organskih snovi in zmanjšanje onesnaževal med kompostiranjem |
| Mehanizmi uravnavanja gostiteljevega vnetnega odziva, ki jih posredujejo pomembni živalski patogeni | Ustvarjanje novih in učinkovitih cepiv za živali |
| Tehnike uravnavanja prehrane brez antibiotikov za zdravje črevesja in rast živine in perutnine | Priprava krme z biološko predelavo s fermentacijo pred prebavljanjem |
| Identifikacija funkcionalnih genov z multiomiko pri živalih | Genomska tehnologija parjenja za živino in perutnino |
| Inteligentna tehnologija skupnega delovanja za več kmetijskih strojev | Ključne tehnologije za kmetije brez posadke |
| Diagnostika gozdnih bolezni in škodljivcev na podlagi globokega učenja | Biorafinerija lesnih odpadkov |
| Tehnologija ekološke vzreje vodnih živali |
Preglednica 8 – Področja medicine in zdravja.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Multi-omične lastnosti kompleksnih bolezni | Terapija s celičnimi receptorji T-celic |
| Mehanizem trajne okužbe z virusom in reaktivacije ter analiza tarč za posredovanje | Kombinacija konjugatov protiteles in zdravil z imunoterapijo pri malignomih |
| Jedro človeškega mikrobioma in interakcija med gostiteljem in mikrobiomom | Tehnologija prostorske transkriptomike ene celice |
| Reprogramiranje staranja | Terapija s himeričnimi antigenskimi receptorji naravnih celic ubijalk |
| Regulacija in preoblikovanje imunske homeostaze pri presaditvi organov | Uporaba medicinskih nanorobotov pri zdravljenju raka |
| Zdravljenje z monoklonskimi protitelesi za Alzheimerjevo bolezen | Tehnologije za sintetično imunologijo |
| Biomakromolekularno ločevanje faz in organeli brez membrane | Zdravila iz majhnih nukleinskih kislin |
| Raziskave mehanizma gradnje in razvoja organoidov pri primatih | Sekvenciranje proteinov z eno molekulo |
| Človeški pangenom in pangenom bolezni | Uporaba velikega jezikovnega modela v digitalnem zdravstvu |
| Mehanizmi dinamičnega spreminjanja kromatina pri razvoju tkiv in organov | Tehnologija epigenetskega urejanja |
Preglednica 9 – Področja upravljanja inženirstva (menedžment inženirstva).
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Raziskave o simbiotski inteligentni proizvodnji človek-stroj v okolju industrije 5.0 | Reševalniki linearnega in celoštevilskega programiranja |
| Raziskave o pošiljanju brezpilotnih letal in optimizaciji poti v logistiki | Inteligentni sistemi za delovanje in vzdrževanje tovarne, ki temeljijo na industrijskem internetu in velikih količinah podatkov |
| Raziskave o simbiotični logiki in upravljanju velikih inženirskih inovacijskih ekosistemov | Metode in sistemi za samodejno oblikovanje načrtov stavb na podlagi globokega učenja |
| Raziskave o izboljšanju in zagotavljanju odpornosti prometnih omrežij | Pametni sistemi za zdravstveno oskrbo starejših na domu |
| Raziskave o razvoju in upravljanju incidentov na področju javne varnosti na podlagi velikih količin podatkov | Celovita platforma za spremljanje tveganj za varnost v mestih in zgodnje opozarjanje |
| Raziskave o tehnologiji kakovosti in zanesljivosti izdelkov v okolju velikih količin podatkov | Platforma za upravljanje tveganj v dobavni verigi na podlagi inteligentne simulacije |
| Raziskave o interaktivnem mehanizmu in usklajenih razvojnih pravilih energetskega gospodarstva in okoljskih sistemov | Sistem za spremljanje stanja industrijske opreme in analizo združevanja podatkov |
| Raziskava o notranjem mehanizmu ustvarjanja vrednosti digitalnega opolnomočenja v proizvodnih podjetjih | Sistem za napovedovanje in zgodnje opozarjanje na zunanje pretrese in notranje motnje v energetskih sistemih |
| Raziskave o optimizaciji natančnih medicinskih procesov | Sistem za upravljanje finančnih tveganj na podlagi združenega učenja |
| Raziskave o mehanizmu določanja cen in delitve prihodkov digitalnih elementov | Algoritmi za priporočanje avdiovizualnih vsebin v omrežju in inteligentna platforma za nadzor vsebine |
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809923004812