Comprehensive Group of the Global Engineering Front Research Project (2024) 2024 Global Engineering Fronts. Engineering 43, 4-7 – https://doi.org/10.1016/j.eng.2024.11.010 – open access article pdf – CC BY-NC-ND 4.0
Članek skupine raziskovalcev s Kitajske inženirske akademije obravnava globalne inženirske usmeritve za leto 2024 in pri tem poudarja ključne raziskovalne in razvojne trende na različnih inženirskih področjih.
Uvod:
- Kitajska inženirska akademija od leta 2017 organizira letne raziskave o globalnih inženirskih usmeritvah.
- Raziskava opredeljuje ključne usmeritve v inženirstvu, ki vplivajo na prihodnji tehnološki napredek.
- Raziskava za leto 2024 zajema devet področij in 53 disciplin, s poudarkom tako na raziskovalnih kot tudi na razvojnih področjih.
Metodologija analize podatkov:
- Rudarjenje podatkov je vključevalo analizo 2,013 milijona vplivnih člankov iz obdobja 2018–2023.
- Opredeljenih je bilo 195.000 ključnih tem, ki so privedle do 734 vročih točk v inženirskih raziskavah.
- Za opredelitev inženirskih razvojnih področij je bilo izvedeno združevanje besedil iz 530.000 vplivnih patentnih družin.
Ključna inženirska področja:
- Informacijska tehnologija – Umetna inteligenca je temeljna tehnologija, ki poganja napredek v več panogah.
- Nizkoogljične energetske tehnologije – Hitra evolucija tehnologij pretvorbe in shranjevanja energije, s poudarkom na varnosti in učinkovitosti.
- Inženiring materialov – Povpraševanje po večfunkcionalnih, visoko zmogljivih materialih spodbuja inovacije na področju kompozitnih materialov.
- Znanosti o življenju – Sintetična biologija in urejanje genov vodijo k transformativnim rešitvam globalnih izzivov.
Pregled inženirskih usmeritev:
- V preglednicah 1–9 so navedene konkretne inženirske raziskave in razvojne usmeritve na različnih področjih, vključno s strojništvom, elektrotehniko, kemijskih inženirstvom, energetiko, gradbeništvom, okoljskim inženirstvom, kmetijstvom, medicino in upravnim inženirstvom.
- V vsaki preglednici so podrobno opisane nastajajoče raziskovalne teme in razvojne tehnologije, ki so pomembne za obravnavana področja.
Avtorji članka se na koncu zahvaljujejo strokovnjakom in ustanovam, ki so sodelovale v tem obsežnem raziskovalnem projektu, s poudarkom na skupnih prizadevanjih za napredek inženirske znanosti in tehnologije.
Preglednica 1 – Področja strojništva in inženirstva vozil.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Sistem digitalnega dvojčka na ladji | Globoka podvodna komunikacija in tehnologija za določanje položaja |
| Plavajoča proizvodnja sončne energije na morju | Integrirana nadzorna tehnologija za heterogene heterogene sisteme brez posadke, ki sodelujejo med zrakom in morjem |
| Razčlenjevanje prizorišča na podlagi globinskih slik | Celovita tehnologija zaznavanja za brezpilotno letalo na majhni višini |
| 4D-odtisnjeni polimeri s pomnilnikom oblike | Tehnologija za zaznavanje in kooperativni nadzor jat površinskih plovil brez posadke |
| Večfrekvenčni PPP GNSS | Visoko natančna tehnologija prepoznavanja razdalje na podlagi slikovnih značilnosti |
| Ultrazvočno slikanje s superresolucijo pri visoki hitrosti | Inteligentni utelešeni robotski sistem z umetno inteligenco |
| Shranjevanje energije s fazno spremembo | Neprekinjeni kompoziti iz kovinske matrice, ojačani s keramičnimi vlakni |
| Kompozitne strukture za absorpcijo energije na več ravneh | Modularni napredni oboroženi robotski sistem |
| Mikrosuperkondenzator | Letalski motor na vodikovo gorivo |
| Triboelektrični nanogenerator na osnovi celuloznih aerogelov | Napovedovanje valovite trajektorije hipersoničnih drsnih bojnih glav v bližnjem vesolju |
GNSS – globalni satelitski navigacijski sistem; PPP – natančno določanje položaja točk.
Preglednica 2 – Področja informatike in elektrotehnike.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Osnovna teorija in metodologija utelešene inteligence | Integrirana inteligentna tehnologija daljinskega zaznavanja za zrak, vesolje, kopno in morje |
| Teorija in oblikovanje sistemov na čipih v velikosti rezin | Tehnologija spajanja na ravni rezin za heterogeno integracijo |
| Sistem informacijskega omrežja na nizki višini in integrirana komunikacijska in senzorska tehnologija | Inteligentna računalniška tehnologija na podlagi modelov velikih domen |
| Teorija multimodalne percepcijske in kognitivne inteligence | Oblikovanje, proizvodnja in testiranje velikih visoko natančnih metasurface naprav |
| Tehnologija za odkrivanje napak z izjemno visoko občutljivostjo | Visoko zmogljivi čip za računanje v pomnilniku na podlagi novega nevolatilnega pomnilnika |
| Inteligentno znanstveno računalništvo, ki ga poganjajo podatki in fizikalni zakoni | Tehnologija natančnega krmiljenja za medicinske mikro/nano robote |
| Porazdeljeno načrtovanje in inteligentno sodelovalno krmiljenje za velike satelitske skupine | Industrijski optični mikroskop z visoko ločljivostjo |
| Ultraveliki integrirani optični računalniški čipi | Digitalni dvojček na podlagi hibridnega modeliranja |
| Teorija in metoda popolnoma optičnega globokega računalniškega slikanja | Tehnologija za testiranje in ocenjevanje varnosti umetne inteligence |
| Semantična komunikacijska teorija in tehnologija na podlagi umetne inteligence | Tehnologija integracije satelitov, oblaka, računalništva in omrežij |
Preglednica 3 – Področja kemijskega inženirstva, metalurgije in inženirstva materialov.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Nadzorovana modulacija termodinamičnih in kinetičnih lastnosti v visokozmogljivih trdnih materialih za shranjevanje vodika | Ključni materiali in tehnologija priprave za polprevodniške baterije |
| Oblikovanje in odkrivanje novih pametnih materialov na podlagi strojnega učenja | Ključne tehnologije in oprema za večprocesno integrirano aditivno proizvodnjo kovin |
| Čiščenje in ločevanje podobnih elementov v metalurških procesih | Zeleni sistemi za proizvodnjo vodika z elektrolizo morske vode z dolgo življenjsko dobo in mineralni viri morske vode |
| Zasnova elektrodnih materialov in reakcijski mehanizem litij-ionskih baterij pri zelo nizkih temperaturah | Large-scale preparation process of high-performance solid-state hydrogen storage materials and the design of efficient solid-state hydrogen storage systems |
| Visoko biomimetični materiali in naprave za nevrone, podobne možganom | Digitalni dvojček tehnologije izdelave jekla |
| Zelo tanki in ultraširokopasovni visoko zmogljivi materiali, ki absorbirajo elektromagnetno valovanje | Učinkovita prilagojena tehnologija priprave visoko zmogljivih večkomponentnih materialov iz zlitin |
| Ključna kemijska vprašanja pri foto(elektro)katalitskem cepljenju vode za proizvodnjo vodika | Oblikovanje in industrializacija osnovnih materialov za natrijeve-ionske baterije |
| Materiali za biosonde, ki temeljijo na natančni medicini | Oblikovanje, nadzor in priprava učinkovitih materialov, ki absorbirajo elektromagnetno valovanje |
| Katalitična razgradnja poliolefinov in poliestra v dragocene kemikalije | Digitalni in inteligentni procesi metalurgije neželeznih kovin |
| Reakcijski mehanizmi in teorije procesov taljenja nekonvencionalnih virov | Oblikovanje visokotemperaturnih prožnih lahkih toplotnoizolacijskih materialov |
Preglednica 4 – Področja energetike in rudarstva.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Raziskave o integriranem zajemanju CO2 in uporabi na mestu nastanka | Visoka energijska gostota, dolga življenjska doba in poceni tehnologija polprevodniških baterij |
| Načela kompaktne fuzije in pretvorbe virov tritija | Raziskave in razvoj jedrske baterije, ki temelji na napajanju z izotopi |
| Pridobivanje informacij o oblikovanju rude z daljinskim zaznavanjem visoke ločljivosti na podlagi globokega učenja | Inteligentni sistem za odkrivanje in prepoznavanje med vrtanjem v zapletenih geoloških razmerah |
| Nafta in plin z integriranim razvojem in uporabo večenergijskih sistemov vetra, svetlobe in toplote | Raziskave in razvoj tehnologije in opreme za vrtanje v globokih kompleksnih plasteh |
| Odkritje trdnih elektrolitov z visoko ionsko prevodnostjo | Raziskave in razvoj naprav in sistemov za shranjevanje toplote in vodika |
| Študija velikih modelov obratovanja in vzdrževanja elektroenergetskega sistema | Razvoj visokozmogljive tehnologije in opreme za dvosmerno polnjenje širokega dosega |
| Simulacija in preskušanje načel strjevanja stekla (vitrifikacija) in drugih metod odstranjevanja jedrskih odpadkov | Sistem za iskanje virov na podlagi jedrskega brezpilotnega zrakoplova |
| Eksperimentalne raziskave o uporabi nove vrste reaktorja s toplotno cevjo v vesoljskih reaktorjih | Metoda, naprava in sistem za preverjanje in potrjevanje porazdeljenega kontrolnega sistema jedrskega reaktorja |
| Raziskave o virih in procesih nastajanja rude v orogenskih nahajališčih zlata | Tehnologija za prepoznavanje in lociranje ugodnih prostorov za nastajanje rude v globini granitnih nahajališč urana |
| Mehanizem pretvorbe nafte iz skrilavca Chang 7 in situ | Spletni sistem za napovedovanje produktivnosti vrtin za plin iz skrilavca v realnem času |
| Inteligentna natančna karakterizacija globokih nahajališč nafte in plina | Tehnologija sočasnega pridobivanja premoga in metana iz premogovnika |
| Optimizacija senzorskih omrežij v inteligentnih nadzornih sistemih za varnost premogovnikov | Celostna tehnologija polnjenja in shranjevanja mineraliziranega CO2 |
Preglednica 5 – Področja gradbenega inženirstva (gradbeništva), hidravličnega inženirstva (hidrotehnike) in arhitekturnega inženirstva.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Mehanizmi ekstremnih poplav in suše ter uravnavanje tveganja v porečjih v spreminjajočem se okolju | Inteligentna tehnologija in oprema za načrtovanje za hibridni sistem skladiščenje vodno-vetrne-sončne energije |
| Metode urbanističnega načrtovanja in arhitekturnega oblikovanja z velikimi modeli | Inteligentna simulacija in tehnologija za povečanje odpornosti mestnih sistemov za odvodnjavanje |
| Inteligentno delovanje in zagotavljanje varnosti novih energetskih transportnih sistemov | 3D modeliranje in dinamično posodabljanje resničnega prizora v velikem obsegu |
| Nevronske mreže, ki temeljijo na fiziki, za reševanje problemov inženirske mehanike in aplikacije | Inteligentno usklajevanje in zagotavljanje varnosti prevoznih sistemov na nizki višini in na tleh |
| Hibridna računalniška paradigma za inteligentno kartiranje | Tehnike zmanjševanja ogljika pri načrtovanju obnove infrastrukture v urbanih območjih |
| Nizka karbonizacija in optimizacija lastnosti ultra visoko zmogljivega betona | Integrirana tehnologija struktura-funkcija organskih kompozitnih materialov v kompleksnih okoljih |
| Mehanizmi in nadzor dinamične nesreče dolgega predora v ekstremnih okoljih | Inteligentna gradnja in vzdrževanje infrastrukture v ekstremnih podnebnih razmerah |
| Napredna oksidacijska/redukcijska tehnologija za odstranjevanje organskih onesnaževal iz vode | Nizkocenovni fotonapetostni sistem, integriran v stavbo, in tehnologija izvedbe |
| Inteligentna teorija načrtovanja za zelene in nizkoogljične inženirske strukture | Konstrukcijski sistem modularne stavbe in njegova inteligentna gradnja |
| Mehanizmi in optimizacija vplivov grajenega okolja na zdravje v mestnih skupnostih | Tehnologija lokalizacije in kartiranja avtonomnih sistemov brez posadke |
Preglednica 6 – Področja okoljskega inženirstva in inženirstva lahkih oblačil.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Sinergijski učinki zmanjševanja onesnaževanja in zmanjševanja emisij ogljika pri energetskem prehodu | Decentralizirane tehnologije in oprema za čiščenje vode z nizkimi stroški vzdrževanja |
| Trajnostna tehnologija za čiščenje vode, ki jo poganja umetna inteligenca | Sledljivost in nadzor tveganja večpredstavnostnega onesnaževanja na podlagi rudarjenja velikih količin podatkov |
| Tehnologija razgradnje onesnaževal z nanokonfinementom | Gradbeni materiali za sekvestracijo in shranjevanje ogljika |
| Ocena možnih okoljskih in zdravstvenih tveganj zaradi novih delcev | Tehnologije za dinamično spremljanje in povratne informacije o kakovosti vode za pametno čiščenje vode |
| Nadzorni mehanizmi izredne obogatitve z redkimi zemeljskimi elementi v globokomorskih okoljih | Uporaba inteligentnih modelov na področju meteorologije in oceanografije |
| Raziskave o uporabi umetne inteligence pri napovedovanju inteligentnega omrežja | Tehnologija načrtovanja poti za avtonomna podvodna vozila, ki temelji na globokem učenju z okrepitvijo |
| Optimizacija numeričnih modelov oceanov visoke ločljivosti na podlagi podatkov | Uporaba tehnologije digitalnega dvojčka v podnebnih raziskavah |
| Raziskave o materialih iz nanovlaken za celjenje ran | Inovativna uporaba novih živilskih mikrobnih virov |
| Ocena tveganja in nadzor novih onesnaževalcev v živilih | Nano zelena tehnologija tiskanja |
| Tekoča goriva iz neživilske biomase | Sončne celice na osnovi vlaken |
Preglednica 7 – Področja kmetijstva (agronomije).
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Genetska podlaga za pomembne agronomske lastnosti in prilagajanje okolju pri poljščinah | Biosinteza in učinkovita uporaba beljakovinskih krmi |
| Mehanizmi pojava, prenosa in nadzora protimikrobne odpornosti pri bakterijah živalskega izvora | Inteligentno oblikovanje pridelkov in vzreja s pomočjo sintetične biologije |
| Sestavljeni učinki nevarnosti in mehanizmi nadzora več onesnaževal v kmetijstvu | Razvoj novih diagnostičnih reagentov za živalske bolezni |
| Regulatorni mehanizem za oblikovanje pomembnih lastnosti pri živini in perutnini | Razvoj visoko zmogljivih reagentov za odkrivanje nevarnih snovi v živilih živalskega izvora |
| Raziskave avtonomnih kmetijskih sistemov za brezpilotno delovanje | Integracija velikih podatkov o pesticidih in inteligentna sledljivost |
| Odkritje ključnih imunskih receptorjev rastlin in komponent v nadaljnjem procesu | Natančno usklajevanje vode in gnojil za pridelke ter inteligentni sistem in oprema |
| Mrežni mehanizem interakcije črevesne mikrobiote s sestavinami krme pri živini in perutnini | Tehnologija za izkoriščanje organskih odpadkov in ekološko upravljanje |
| Spekter in epidemiologija patogenov v divjih živalih | Inteligentna platforma za ribogojstvo in oprema za globoka in oddaljena morja |
| Mehanizem prilagajanja pomembnih lastnosti gozdnih dreves na okolje | Ciljni razvoj markerjev za vzrejo vrtnin na podlagi velikih podatkov |
| Molekularno oblikovanje visokokakovostne proizvodnje vrtnin | Regulacija hierarhičnih struktur lesa in izdelava funkcionalnih kompozitov na osnovi lesa |
Preglednica 8 – Področja medicine in zdravja.
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Človeški imunski sistem: dekodiranje, ocenjevanje, posredovanje in obnova | Tehnologija za urejanje genov za ciljno vstavljanje velikih fragmentov DNK |
| Izgradnja in uporaba sistema za obdelavo velikih podatkov za kohortno študijo | Tehnologija za prostorsko-časovno omiko življenja |
| Celični atlasi celotnega tkiva | AI-podprto zgodnje odkrivanje in diagnosticiranje raka |
| Odpornost proti imunoterapiji tumorjev | Tehnologija analize človeškega fenoma |
| Epigenetski mehanizmi pri omejevanju regeneracije človeškega tkiva | AI-podprt kirurški navigacijski sistem |
| Raziskave presaditve organov med vrstami | Splošna cepiva proti raku |
| Ocena staranja in prognoza za bolezni, povezane s staranjem | Organoidni čipi v presejanju zdravil proti raku |
| Raziskave izpostavljenosti v življenjskem ciklu in zdravje | Bioinženiring človeških organov |
| Razvoj novih zdravil, usmerjenih v membranske proteine ali jedrske receptorje | Čip za povezavo med možgani in računalnikom |
| Biosinteza bioaktivnih spojin tradicionalne kitajske medicine | Veliki jezikovni modeli v podporo medicinskim odločitvam |
Preglednica 9 – Področja upravljanja inženirstva (menedžment inženirstva).
| Inženirske raziskovalne usmeritve | Inženirske razvojne usmeritve |
| Raziskave optimizacije inženirskega upravljanja na podlagi generativne umetne inteligence | Podatkovno in modelno usmerjeni algoritmi inteligentnega matematičnega programiranja |
| Dolgoročni vpliv delovanja strojev in velikih modelov umetne inteligence na človeško odločanje | Razvoj tehnologij velikih modelov in knjižnic scenarijev za zaprte podatkovne tokove v avtonomni vožnji |
| Modeliranje in izboljšanje odpornosti v urbanih fizičnih, informacijskih in socialnih sistemih | Platforma za sodelovanje pri upravljanju podatkov v oblaku, na robu in na koncu za gradbeni inženiring |
| Celovita optimizacija in evalvacija sistemov zelene energije | Čustveno in intelektualno sposobni digitalni ljudje za inovativne storitve |
| Raziskave na področju digitalnega spremljanja emisij ogljika, metod izračuna in prostorsko-časovnega razvoja značilnosti | Ključne tehnologije za zgodnje opozarjanje, nadzor in povečanje odpornosti pred ekološkimi tveganji v mestih |
| Javno dojemanje tveganj v kompleksnih socialnih informacijskih omrežjih | Tehnologija zaznavanja mestnega uličnega prostora in metode identifikacije prostorskih značilnosti |
| Raziskave na področju simulacije digitalnih dvojnikov in metod virtualno-fizične interakcije za stavbe | Raziskave na področju povezovanja, asimilacije in inteligentnega zaznavanja velikih podatkov za napovedovanje atmosferskih razmer |
| Raziskave na področju upravljanja dobavne verige in strategij optimizacije v okviru cilja ogljične nevtralnosti | Metode in sistemi za varstvo zasebnosti v okoljski inteligenci |
| Raziskave na področju cenovnega oblikovanja sredstev za financiranje podnebnih ukrepov in upravljanja tveganj | Sodelovanje med robom in oblakom pri razvoju velikih in majhnih modelov |
| Etično raziskovanje generativnih algoritmov umetne inteligence | Ključne tehnologije za večdimenzionalno zaznavanje stanja in optimizirano načrtovanje v kompleksnih proizvodnih sistemih |
URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2095809924006581