7月2日，在广西南宁举行的第二十六届中国科协年会主论坛上，中国科协发布了2024重大科学问题、工程技术难题和产业技术问题。

一、十大前沿科学问题

（一）情智兼备数字人与机器人的研究

在深度学习技术发展的推动下，数字人和机器人在认知、决策和学习方面取得了长足的进步，然而在情商方面仍面临着诸多挑战，如情感识别的准确性和情感表达的自然性等。为了推动数字人与机器人的广泛应用，必须要将智商和情商结合，通过情智协同增强其对人类情感需求和社会关系的适应，与人类建立起更紧密的情感联系和信任关系，这对于推动下一代通用人工智能和人机交互具有关键作用。

（二）以电-氢-碳耦合方式协同推进新能源大规模开发与煤电绿色转型

实现“双碳”目标，能源领域是主战场。能源系统低碳转型需要通过“一减一加”两方面发力，一是大力发展新能源代替化石能源，减少总体二氧化碳排放；二要对作为“压舱石”的煤电等化石能源排放的二氧化碳增加捕集和利用。本题目提出电-氢-碳耦合的新发展方式，以新能源发电为能量来源，以空气、水喝煤电排放的二氧化碳等为原料制取绿氢、绿氨、绿甲醇，实现新能源基地电氢氨醇联产，为协同解决新能源大规模消纳、煤电绿色低碳转型等问题提供方案。

（三）对多介质环境中新污染物进行识别、溯源和健康风险管控

识别和溯源各类污染物在多介质环境中的分布，有助于厘清其在不同环境介质中的产生来源、赋存特征、迁移转化机制，为防控新污染物健康风险提供技术支撑。然而，目前多环境介质中新污染物的筛查识别存在经济成本高、工作量大等难题。研发快速、低成本、高准确性的新污染物识别技术，建立完善的溯源体系，并构建科学的健康风险评估和管控办法，对确保环境安全，保护人民群众健康，推动相关产业的可持续发展均有重大意义。

（四）作物高光效的生物学基础

粮食安全是关系到国民经济发展、社会稳定和国家自立自强的全局性重大战略问题。光合作用是作物产量形成的基础，90%以上的干物质来源于光合作用，然而目前主要农作物自然生产条件下的光能利用效率只有1%-2%。通过揭示作物高光效的生物学基础，创建高光效育种技术，提升光合作用效率，从根源上提升粮食单产具有巨大潜力，对保障我国粮食安全具有重大意义。

（五）多尺度非平衡流动的输运机理

稀薄气体的流动和湍流，存在着显著的非平衡流动现象。开展稀薄气体、湍流等多尺度非平衡流动现象研究，探索非平衡流动输运机制，建立气体分子或流体微团间相互作用与宏观流动特性的联系，能够增强对复杂非平衡流动形成机理的认识，为航空航天关键技术奠定理论基础。

（六）实现氨氢融合燃料零碳大功率内燃机高效燃烧与近零排放控制

内燃机低碳化、零碳化势在必行，而氢和氨都是未来的碳中和燃料。“氨氢融合”有利于应对单一氢能利用在运输、存储、车载、安全、成本等方面的技术挑战，氨作为氢能载体的利用技术是当前和未来国际前沿科技创新。研究氨燃烧化学反应动力学和催化反应动力学等关键技术，能够实现氨氢融合燃料发动机高效稳定燃烧、高热效率，以及近零无污染排放，对发展内燃机新型动力系统及其新能源车辆具有重要的引领作用。

（七）中国境内发现的古人类是否为现代中国人的祖先

“中国境内发现的古人类是否为现代中国人群的祖先？”是学术界和媒体最关注的焦点问题之一，同时也是探讨东亚地区人类起源和演化的未解难题。对中国境内发现的古人类化石和现代人骨骼标本进行深入对比和分析，从源头上厘清现代中国人群的来源，对于揭示东亚大陆人类的演化规律，丰富人类演化史，探源华夏族群的演化历史具有重大价值。

（八）通过耦合与杂化实现柔性材料的功能涌现

柔性功能材料，为诸多领域带来了颠覆性的改变。但在柔性基材上集成不同性质的材料，制备工艺极具挑战，多种功能之间耦合难以用传统方法设计。因此，需从分子尺度柔性基元的设计、纳米尺度功能基元的精确构筑、微米尺度的相分离等多个尺度进行复杂设计，提出柔性材料多功能耦合与杂化的策略与方法，形成研究新范式，从而实现微观尺度的多功能耦合与涌现，进而与相关系统互联，促成跨层级的功能协同及新功能涌现。

（九）人类表型组微观与整体的复杂关联及其机制解密

破解宏观-微观表型之间的复杂关联与互作机制一直是生命科学前沿探索的方向。以破解宏观-微观表型之间的复杂关联与互作机制为目标，通过大规模表型全景精密测量与数据系统解析，贯穿和破解基因-表型-环境、宏观-微观表型之间以及宏观表型项目之间的关联与调控机制，有助于对生物系统的全面理解，最终帮助实现对疾病与健康的精准干预。

（十）肿瘤微环境中免疫抑制因素与免疫疗法的互作及机制研究

胶质母细胞瘤(GBM)是最致命的成人脑肿瘤之一，GBM能够通过多种机制逃避和抑制宿主的免疫反应，这些针对免疫系统机制，共同构成了一个高度免疫抑制的微环境。通过研究新型免疫检查点抑制剂或细胞疗法可提高患者生存率，弄清如何克服肿瘤微环境中的免疫抑制因素则可以增加疗效。对这一领域的探索，不仅有望改善GBM患者的预后，还可能为其他类型的癌症治疗提供新的思路。

二、十大工程技术难题

（一）工业母机精度保持性的快速测评

工业母机是国家的基础性、战略性装备。目前，国产高端工业母机的精度保持性较国际先进水平仍有显著差距，已成为国产工业母机的核心技术瓶颈。快速测试手段的缺乏是造成精度保持性提升缓慢的根本原因。因此，揭示多应力耦合作用下工业母机微形变时空累计规律，构建其精度退化模型，建立可模拟实际工况进行多元载荷加载的工业母机整机精度保持性加速退化试验平台，从而突破工业母机精度保持性快速测评难题，至关重要。

（二）大尺寸半导体硅单晶品质管控理论与技术

硅单晶材料在集成电路产业链中居首要地位，其品质对集成电路芯片性能有着重要影响。硅单晶制备是在多场耦合、多相变、大空间、高温、真空环境下的复杂生产过程，这一过程决定了硅单晶的品质。通过调控和优化工艺参数，实现对硅单晶材料微观品质的精准管控至关重要。以提高晶体品质和良率为目标，创新半导体硅单晶生长控制理论、技术方法与关键工艺，能为制备满足集成电路芯片微细纳米制程要求的大尺寸硅单晶材料提供技术支撑。

（三）高地震烈度区复杂地质条件下高拱坝的安全可靠性研究

龙盘水电站属300m级特高拱坝，地处青藏高原与云贵高原之间的斜坡过渡地带，区域地质构造稳定性较差，地震设防烈度IX度，同时坝址存在右岸拱肩山体单薄(最小距离不足300m)、两岸地形不对称、两岸建基面岩体变形模量不对称、左岸建基面各层岩体变形模量差异较大的特点。高地震烈度区复杂地质条件下特高拱坝建坝技术研究工作，是龙盘水电站工程建设急需解决的难点，同时有助于高地震烈度区特高拱坝的应用推广和筑坝技术的进步。

（四）冰巨星及其卫星就位探测飞行器技术研究

海王星是太阳系中距离太阳最远的行星，是典型的冰巨星，也是研究太阳系和系外行星的重要蓝本。通过一次任务实现海王星环绕、大气进入以及海卫一探测，有望获得太阳系与行星起源、生命起源的重要线索，具有重要科学价值。开展30个天文单位距离可达并长期观测的飞行器技术研究，牵引极远距离飞行器智能自主、高效能源与推进、测控通信等关键技术的发展，有助于提升冰巨星就位探测的可行性。

（五）介科学支撑多相反应器从实验室到工业规模的一步放大

多相反应器的一步放大，将强力支撑行业的低碳变革和数字智能化转型，抢占国际制高点。一步放大的科学挑战在于对从原子到生态环境的多尺度结构，特别是对各单元与系统尺度间复杂的介尺度动态结构缺乏理性认识和量化分析手段，而这在广泛应用的多相反应器中表现得尤为突出。因为其中复杂的多尺度结构，其中试放大尤其困难。而在科学本质上，这些结构的形成机理与调控方法又有共性基础，因而以此为突破口变革过程技术研发模式意义重大且可行性强。

（六）深远海海上综合能源岛建设关键问题研究

随着海上风电开发向深远海迈进,如何保障电力稳定送出、储存和消纳成为重要研究方向，综合能源岛包含了多种新能源互补的电源、负荷、输电系统及智慧控制系统等，为城市、海岛和海洋平台等提供稳定的电力供应，同时可作为海洋能源多能利用的重要载体。

（七）空间多维组学引航下一代分子病理诊断革新

疾病的精准诊断是精准治疗的前提，由于疾病的复杂性和人群的异质性，制约了肿瘤等疾病的精准检测和精准治疗。随着大规模组学技术的诞生，我们对生命的理解已经达到了单细胞、单分子、单碱基的层次，对一些疾病的发生发展、诊断靶标与治疗也有了更多的认识和理解。以单位点低通量的传统病理诊断技术已经无法满足疾病精准诊断的临床进一步需求。因此亟需开发新一代分子病理技术，以更好地推向临床应用，为肿瘤等疾病的精准检测提供更全面、更精细的数据支撑。

（八）基础设施领域自主工程设计软件问题

工程设计软件作为工业软件的一个重要分支，在交通建设过程中发挥着关键作用。目前我国95%的设计软件都依赖进口，从2020年开始，欧美国家对我国一些企业展开制裁，而设计软件领域严重被欧美国家制约。为打破国外技术壁垒与垄断，解决“卡脖子”难题,保障数字工程建设安全，提升新质生产力，在基础设施领域实现设计软件的自主可控迫在眉睫。

（九）以高通量多模态的方式实现脑机交互

解决如何高效地将神经组织中的多模态信息进行联合分析这个技术难题，可为神经组织发育、生长和衰老及相关研究提供技术支持，并为类器官智能领域提供一套完备的脑机交互的技术平台，进而有望在临床上获得更接近人体组织的神经组织类器官，对疾病的模拟、诊疗技术的研发、药物筛选、有创治疗手段的效果评估、神经器官移植等提供技术支持，推动我国自主研发的新型复合芯片在神经电生理、分子生物学、生物智能等方面的应用，突破国外的技术封锁。

（十）通过高效温和活化转化及大规模利用二氧化碳实现生态碳平衡

CO2是一种重要的C资源，其资源化利用不仅有利于减少温室气体排放，且能减少化石资源利用，带来显著经济效益，符合我国“双碳”战略目标。而CO2分子活化难和规模利用经济性差是亟待解决的两大挑战。需创新CO2转化合成高值产品路径，突破离子催化材料设计-反应过程强化-工艺系统集成等技术瓶颈，开发一批CO2高值利用成套技术，实现CO2,大规模经济性利用。

三、十大产业技术问题

（一）通过精准化学实现药物和功能材料的绿色制造

精准化学的核心在于通过精确控制化学反应和分离纯化过程，实现药物的高效合成和纯化，从而推动化学制药产业的可持续发展。然而，实现这一目标并非易事，其理论基础和实际操作都面临着诸多挑战。目前，传统教科书上的理论在实际应用中往往显得捉襟见肘，这迫切需要我们重新审视和构建新的理论体系。其理论体系的突破、建立和发展不仅有助于推动制药行业的转型升级和绿色发展，还将对整个社会的科技进步和可持续发展产生深远的影响。

（二）采用清洁能源实现低成本低碳炼铁

传统炼铁工艺大量使用碳素作为热源和还原剂,是排放温室气体(CO2)的重点工序之一。除了碳排放之外,前置工序(烧结、球团、炼焦等矿煤造块工序)因碳引起的系列污染问题,也给传统炼铁流程的生存和可持续发展造成严重影响。将氢能等清洁能源应用于钢铁冶金生产是钢铁产业低碳绿色化转型升级的重要途径，其关键是要实现低成本氢气制备储运技术、氢冶金核心关键技术的成熟和产业化应用，为我国和世界钢铁产业低碳发展探索新工艺、新技术和新路径。

（三）云网融合技术在卫星互联网中的应用

云网融合通过实施虚拟化、云化以及一体化的技术架构，实现简洁、敏捷、开放、集约、安全的新型信息基础设施的资源供给，实现云计算资源弹性伸缩和网络资源方便可靠连接的有机融合，使得传统上相对独立的计算资源和网络设施有机融合。在新基建和数字化转型时代背景下，推进建设卫星互联网云网融合是夯实信息基础设施，促进电信运营商完成数字化转型发展的必由之路，是卫星运营商优化资源、提供综合信息服务、开展行业系统集成、开发卫星互联网蓝海的必要条件。

（四）基于数字技术的碳排放监测方法研究

基于数字技术的碳排放监测方法研究处于探索起步阶段，从技术视角探讨单一技术的可行性、有效性和具体落地方式，以及构建系统性碳排放数字化监测体系，是当前数字技术赋能碳排放监测研究领域的两条主线。此方向的研究，对解答如何通过数字技术解决在碳排放监测场景中丰富碳源数据库具有重要意义，并与星空地碳排放监控系统形成数据互证互补，解决碳排放监测数据不连续、不可信、不精准，标准不统一等赋能问题。

（五）自主可控高性能GPU芯片开发

高性能GPU(图形处理单元)是计算设备中的关键组件，高性能GPU在各个应用领域有着广泛的应用，已是国家经济的支柱技术。在当今紧张的国际环境和脱钩的压力下，中国研发自己的高性能GPU显得极其重要。自主可控高性能GPU芯片研制，面向大模型AI并行计算，突破性地采用自主创新的芯片设计架构，可打破高端芯片国外技术垄断、实现国产GPU自主可控，填补国内高端GPU的技术空白，是发展数字经济的基础性关键核心技术。

（六）饲料原料豆粕玉米替代的产业化关键技术突破

为了解决我国豆粕长期依赖进口，玉米近年来对外依存度攀升的困境,保障国家粮食安全和肉蛋奶稳产保供，要持续开展精准营养与饲养研究，研发瓶颈性氨基酸制造技术，持续开展畜禽水产动物低蛋白低豆粕日粮研究,研发微生物细胞工厂，构建非粮生物质生物合成转化饲用蛋白质工程技术体系。开发豆粕玉米替代原料微生物发酵提质增效和有毒有害物质高效脱除新技术、低成本大型智能化固态发酵饲料生产成套工艺装备,建立发酵饲料产业化生产关键技术体系，可有效促进豆粕玉米替代技术的大规模推广应用。

（七）构建珍稀濒危中药材的繁育技术体系及其可持续开发利用

珍稀濒危中药材具有独特的药理药效活性，但因获取受限，限制了其深入研究和临床应用。过度开发利用和物种自身繁殖特性是濒危的重要原因，亟需利用现代科学技术探索替代来源;同时深入研究繁育受限机制，利用生物技术进行遗传改良，为植物发育生物学、繁殖生物学提供有价值的研究和应用案例。

（八）高端芯片制程受限背景下实现高速大容量光传输技术可持续发展的路径

当前，新一代信息技术的发展往往需要海量数据的支持。以超高速、大容量、低时延为代表的全光传输网络作为信息交互的基石，将助力打造海量数据的运力网络，然而，支撑这类网络的高端芯片仍由国外厂商主导。因此，我国迫切需要在高端制程芯片受限下，联合高速大容量传输体制进行系统级的优化与创新，提升高速大容量传输技术的产业化能力及其可持续发展，满足未来业务增长的需求，跟上世界先进水平，支持并推动国家与全社会的数字化转型和数字经济的高质量发展。

（九）应用AI眼底血管健康技术促进相关代谢疾病分级诊疗

代谢性疾病是一类涉及人体内物质代谢异常的疾病，主要包括糖、脂肪、蛋白质等物质的代谢紊乱，包括糖尿病、高血压、高血脂、冠心病、肥胖症等。眼底血管病变早期筛查对防治相关代谢疾病具有重要战略意义。AI技术在眼底血管健康检查的应用,能够破解目前眼底血管健康检查受限于仪器设备、医生技术和经验、患者经济负担等问题，极大提高代谢性疾病健康问题的诊疗效率。应用AI眼底血管健康技术可实现不同医疗卫生服务机构疾病诊疗效率一致性，优化分级诊疗路径,实现医疗资源的合理分配，提高医疗服务的效率和质量。

（十）基于CTCS的市域铁路移动闭塞系统的突破

CTCS(中国列车控制系统)目前已有大规模的开通运营经验，系统先进、成熟可靠，具有完整的标准规范体系支撑,在网络化运营方面经验丰富。而目前市域铁路大多采用C2 ATO列控系统以及基于数字轨道电路的固定闭塞制式，存在多种瓶颈和局限。实现基于CTCS的市域铁路移动闭塞系统的突破对于市域铁路提升运输效率、节约工程投资和减少运维成本，以及实现互联互通区域“一体化”“高质量”发展,将带来重大的科技、经济和社会效益，促进区域的发展和经济的繁荣。