2016世界军民两用技术与产品发展特点回顾

中国航天系统科学与工程研究院 张楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟长

2016世界军民两用技术与产品发展特点回顾

中国航天系统科学与工程研究院 张楠楠 彭 芳 徐 曼 安孟长

2016年，世界政治格局风云变幻，科技领域也取得了众多突破性进展，在军民两用技术与产品方面，人工智能、可重复使用航天运载器、智能制造、增材制造、量子信息技术、无人系统、自动驾驶汽车、新型电池、可穿戴设备等领域均取得了长足进展，大大带动了工业领域的发展，也使得未来战争的理念和模式发生了深刻的变革。本期“业界聚焦”栏目对2016年世界军民两用技术与产品发展的特点进行了总结回顾，以期加深对相关技术和产业发展的理解。

1 人工智能技术蓬勃发展，但实际应用尚待检验

人工智能（AI）是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。2016年，AI技术吸引了全世界的关注。3月，美国谷歌公司运用“深度学习算法”开发的AlphaGo在完胜欧洲围棋冠军樊麾二段后，又在五番棋中以4-1的大比分击败围棋名宿、韩国国手李世石九段，震惊全球，标志着AI技术发展取得了新突破。截至12月，AlphaGo的职业围棋等级分已经达到3598分，世界排名高居第二。AlphaGo的胜利，使人们重新认识到了AI发展的潜力和前景。

AlphaGO与韩国李世石的比赛结果

在国家政策层面，10月12日，美国白宫发布了一份名为《为人工智能的未来做好准备》的研究报告，阐述了AI发展现状，现有、潜在的应用方向，以及AI进步给社会及公共政策带来的新问题等。同时，美国还发布了《美国国家人工智能研究与发展战略计划》，为AI研究和发展制定了一份战略计划。12月，美国白宫发表了该系列的第三份报告：《人工智能、自动化与经济》，讨论了AI驱动的自动化对经济的预期影响，并描述了可以增加AI发展收益并降低其成本的广泛战略。该报告指出，应对AI驱动的自动化经济将是今后政府要面临的重大政策挑战，应该制定政策推动AI发展并释放企业和工人的创造潜力，确保美国在AI技术创新和应用中的领导地位。该报告聚焦于AI对国民经济的影响，提出了“加大对AI的投资”、“为全社会的劳动者提供再培训机会，避免AI引发大量失业”、“加强社会安全网（社保）”等三点政策方向。6月，美国国防预先研究计划局（DARPA）启动“数据驱动的模型发现”（D3M）项目，寻求为没有数据科学专业知识背景的用户研发机器操作型建模的方法，从而弥补设计人员在数据科学方面的专业技术不足。如果该项目技术开发成功，使用D3M工具的研究人员将成为一支“虚拟数据科学家”部队，从而改进军事规划、后勤和情报工作。8月，DARPA发布了“可解释的人工智能”（XAI）项目公告。该项目以机器学习和人机交互为研究重点，将建立一套具有可说明模型的机器学习技术，与可解释性技术结合后，帮助最终用户理解、信任并管理新一代的AI系统。11月，DARPA公布“灵活编组”项目。该项目旨在发现、演示和预测通用化数学方法，实现高度灵活的人机混合编组最优设计，从根本上变革当前人与智能机器系统的设计范式，将其从单纯通过机器实现自动化和人类替代的模式，向高级协作、共同解决问题的集成架构转变，从而利用AI技术实现未来人机协同作战。

在产业发展和投资方面，美国组建了人工智能联盟，而全球AI企业融资额又创新高。9月，美国Alphabet公司（由谷歌公司重组后的公司）、美国IBM公司、Facebook、美国亚马逊公司和美国微软公司等5家科技巨头宣布组成人工智能联盟（Partnership on AI），以求在科研领域建立良性的竞争与合作关系。该联盟以“为人民和社会谋福祉”为口号，将开展行业标准和规范研讨，包括探讨AI促进社会中的变革方式、AI发展伦理、包容性和隐私等重要研究课题。此外，自2012年以来，全球AI领域的投资额长期呈上升趋势，2016年全球AI产业的投资更是创下了5年以来的历史新高。据统计，2016年全球AI领域融资额有望突破50亿美元，比2015年增长超过60%。

在技术方面，AI也取得了多项重大突破。6月，美国辛辛那提大学开发的一套AI系统“阿尔法”，在空战模拟对抗中，指挥仿真战斗机编队击败了有预警机支持、拥有丰富空战经验的美国空军退役上校。该系统采用遗传模糊树技术，在与人类飞行员的无数次对抗中学习人类指挥决策经验，逐渐达到并超越人类水平，实现了AI在指挥控制领域的重大突破。10月底，微软雷蒙德研究院开发出一种机器学习算法，使计算机对指定主体对话的语音识别率提高至94.1%，首次达到与人类相当的水平，日常对话类内容的语音识别率达88.9%，甚至比人类略胜一筹，标志着语音识别技术实现了历史性突破。美国谷歌公司下属“深度思维”公司取得了一项AI重要成果，描述了一种集神经网络与计算机优点于一身的混合型学习机器，既能像神经网络那样学习，又能像计算机那样处理复杂数据。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和IBM公司联合公布了以“真北”仿脑处理器芯片为基础的具有认知能力的深度学习超级计算机，标志着人类进入了认知计算新时代，对于网络安全、核武器模拟等具有重大意义。麻省理工学院（MIT）公布了一项算法研究成果，可使AI系统根据YouTube视频预测人类的交互活动。未来，该项技术或许可扩展到其它应用场景，如军事用途或提醒紧急救援人员等。

在应用方面，美国亚马逊公司宣布于2017年初推出基于AI技术的线下商店——Amazon GO，意图彻底变革线下商业模式。该商店综合采用计算机视听觉、传感识别和深度学习算法等AI技术，实时追踪店内顾客的行为，以实现实时商品确认和结算。美国社交网站Facebook发布AI管家——“贾维斯”。“贾维斯”通过语音识别方式识别用户指令，并通过摄像头、智能家居等外接设备，实现对家庭硬件的自动操控、工作管理等。同时，其还具备人机对话能力，甚至会说中文。以色列Zirra公司开发出新的AI和机器学习技术，可分析企业的估价、竞争对手和风险因素等相关变量，并对其团队、产品、发展势头和执行力水平进行评级，帮助投资公司找到最合适的企业。此外，AI技术已开始用于医学领域的疑难病诊断，改善了癌症诊断疗法。1月，美国“癌症登月2020”计划发布。5月，IBM公司宣布，其AI平台Watson（“沃森”）将入驻14家美国、加拿大癌症治疗中心，协助医生选择治疗方案。据悉，东京大学自2015年7月开始与IBM公司合作，通过让“沃森”学习超过2000万篇医学论文和1500万条以上的药品知识，建立医学诊疗的大数据神经网络，并用于临床研究。截至2016年3月，“沃森”与东京大学共为41名患者提供了协助治疗的诊断或相关信息。IBM公司还成功将深度学习和神经网络技术应用于对癌细胞有丝分裂的识别，有望革新现有的癌症诊断方式，降低错误率。11月，美国英伟达公司宣布开发AI平台CANDLE（癌症分布式学习环境），以助力癌症研究。12月，美国启动了JDACS4C项目（联合设计治疗癌症的高级计算解决方案），旨在借助深度学习技术加快抗癌技术研究，并建立癌症数据模型和共享系统。

美国亚马逊公司推出基于人工智能技术的线下商店Amazon GO

虽然AI领域的技术和应用已取得了巨大进步，但其实际应用仍需时日，还需要通过更为严格的检验。例如，AI管家“贾维斯”尚未能充分整合现实场景中的语音识别功能，仍需进一步改进，等等。

2 量子技术频获突破，量子计算机开发稳步前行

量子技术的进步能够有效推动化学、材料科学、粒子物理、信息通信，以及军事技术的发展，未来可能颠覆众多科学领域的现有认知。因此，量子技术得到了世界各国的广泛重视。美国是最先将量子技术列入军事战略及国家安全研发计划的国家。目前，美国已经在量子计算领域完成战略布局，2016年以来，美国国家科学和技术委员会、科学技术政策办公室和国家标准与技术局等机构推出了一系列政策和项目资助计划，支持量子计算技术的发展。2016年7月，美国发布了《先进量子信息科学：国家的挑战与机遇》报告。同期，英国制定了量子科学5年计划，并建立了4所新的量子技术研发中心。欧盟委员会发布《量子宣言》，提出将于2018年启动总额10亿欧元的“量子技术旗舰”计划。

在量子技术基础研究领域，研究人员在纠缠原子数量、光量子电路、量子位稳定性等方面取得了里程碑式进展，为光计算、量子计算与量子通信的发展奠定了基础。例如，美国多所大学组成的研究团队提出了可以产生由数千个纠缠原子形成的量子网络。英国帝国理工学院通过将光和单个电子“绑”在一起，制造出了一种拥有光和电子属性的新形式“耦合”光，有助于研制出用光工作的电路，以及在可见尺度上研究量子物理现象。俄罗斯研究人员成功将锗原子合成到金刚石晶格中，可用于替换现有计算机中的硅和砷化镓芯片，标志着光计算机技术向前迈出了重要一步。美国麻省理工学院使用量子反馈控制技术将量子叠加时长提高了1000多倍，向研制出可靠的量子计算机迈出了重要一步。澳大利亚和日本的研究人员联合开发出一种新的量子位，其量子叠加态的稳定性比此前提高了10倍，有助于开发出更可靠的硅基量子计算机。德国卡尔斯鲁厄理工学院首次成功将一个完整的量子光学结构集成到芯片上，有助于促进光量子计算机早日用于数据加密、大数据超快计算及高度复杂系统的量子模拟等。欧洲研究人员将一台激光器内的光子“播种”进另一台激光器内，取得了研制实用量子加密系统的里程碑式进展。美国哈佛大学成功实现了在超导材料内传输电子自旋信息，解决了量子计算的一个重要问题，或将带来全新的量子材料，为构建量子传导装置奠定了基础。由美国、俄罗斯等研究人员组成的国际研究团队利用钇铝石榴石晶体产生了超短激光脉冲，在激光总能量基本不变的情况下，将功率提高了3倍，达到0.5TW，有望推动激光领域变革。美国布法罗大学采用轨道角动量技术，使激光以螺旋模式分布，能够将信息编码成不同的涡流，所携带的信息量可达传统激光的10倍以上。

在量子通信领域，2016年初，美国国家航空航天局（NASA）提出在总部与喷气推进实验室之间建立一个直线距离600km、光纤皮长约1000km、包含10个骨干节点的远距离光纤量子通信干线，并计划在2018年前后拓展到星地量子通信。欧盟委员会《量子宣言》提出，在5年内突破量子中继器核心技术，实现点对点安全量子通信，10年内实现远距离量子网络、量子信用卡应用等，融合量子通信与经典通信，保卫欧洲互联网安全。日本2016年提出了以新一代量子通信技术为重点内容的长期研究战略，并计划2020～2030年间建成绝对安全保密的高速量子通信网，从而在通信技术应用方面实现质的飞跃。日本国家信息通信技术研究所计划在2020年实现量子中继，到2040年建成极限容量、绝对安全的广域光纤与自由空间量子通信网络。

在量子计算领域，美国谷歌公司和NASA联合研发的D-Wave 2X量子计算机在测试中运行速度达到了传统芯片的1亿倍。美国情报高级研究计划局（IARPA）2016年初宣布启动量子逻辑芯片项目，如果该项目取得突破，理论上可以制造出量子比特可扩展的计算系统。6月，奥地利研究人员利用4个“量子比特”组成的量子计算机，首次实现了对高能物理实验的完整模拟。在真空电磁场中，4个离子排成一行，每个离子编码为1个量子比特，组成了一台“菜鸟”量子计算机。研究人员用激光束操控离子的自旋，诱导离子执行逻辑运算。100多步计算后，研究人员成功对量子电动力学的一个简化版预测进行了证实：能量转化成物质，制造出一个电子和其反粒子（一个正电子）。美国马里兰大学制造出了一台由5个量子比特组成的新型计算机，能够执行一系列不同的量子算法。美国IBM公司推出了一项新的在线服务，允许所有人使用其5个量子比特组成的量子计算机，使量子计算机离普通人更近了一步。德国亥姆霍兹联合会所属尤利希研究中心已将量子计算机作为未来开发超级计算机的重点，选定“可扩展的固态量子计算”项目作为未来“多量子位系统”优选方案，可将数百个量子位集成到一起，实现量子位精确控制。

3 新型电子元器件研究成果涌现，有望推动电子科技快速发展

2016年，在新型电子元器件领域，晶体管、存储器、处理器等领域取得了重要突破。美国威斯康星大学麦迪逊分校成功制备出了一种碳纳米晶体管，其性能首次超越现有硅晶体管，有望为未来碳纳米晶体管取代硅晶体管铺平道路。美国能源部劳伦斯·伯克利国家实验室（LBNL）牵头的研发团队研制出了全球首个1nm栅长高性能晶体管，为电子元件的尺寸及性能的改善提供了很大的优化空间，也有助于促进超级计算机的发展。美国NASA和韩国科学技术研究所研发的自愈型芯片可在受到辐射损伤后自行修复。新加坡南洋理工大学研发出一种微型芯片，可用于制造尺寸仅相当于现有雷达相机1/100的新型雷达相机，使原来重达50kg～200kg、搭载于大型卫星上的雷达相机实现微型化。其所拍摄的图像质量可与大型雷达相机媲美，成本和能耗却大幅降低，并可在所有气象环境下使用。美国研究人员以DNA作为支架，将其它材料组装到DNA上，制造出了一种计算机电路电子器件，将大幅降低成本。哥伦比亚大学研制出首个同时同频全双工射频通信元件，有望使无线射频通信能力提高1倍。美国加利福尼亚大学研制出全球首个芯片级光频合成器，在光频梳技术上取得重大突破，有望将现有授时精度提高3个数量级。荷兰研究人员将存储器密度提高到目前最好商业硬盘的500倍。美国洛克希德·马丁公司成功研制出新型微流体散热片，较传统芯片的冷却效果提升6倍，可大幅提升集成电路散热能力。美国爱荷华州立大学研制出一种新型实用瞬态电池，其自毁速度在原有基础上大幅加快。

4 人类历史上首次在海上实现火箭回收，多国掀起重复使用运载器发展热潮

2016年4月9日，美国太空探索技术公司（SpaceX）“猎鹰”-9火箭一子级在第五次试验中，成功降落在海上驳船上，这是“猎鹰”-9火箭继2015年12月12日在陆上成功回收之后的又一次成功回收。本次成功着陆是SpaceX公司可回收火箭技术的一大突破，是人类探索火箭可重复利用技术的一个重要里程碑，也是迈进宇宙的一大步，有助于降低航天产业的成本。此次火箭回收成功，是人类历史上首次在海上实现火箭回收，为未来打造可重复使用运载火箭、大大降低运载火箭发射成本奠定了重要的技术基础，开启了低成本太空运输时代的新纪元，将对航天产业发展产生重要的影响。后续，“猎鹰”-9火箭又分别在5月6日、5月28日和8月14日成功发射并实现了一子级海上平台回收。

1月23日，美国蓝色起源公司成功将2015年11月回收的新谢泼德火箭再次成功发射进入亚轨道，并在发射后不久再次成功实现软着陆，成为人类历史上首枚越过卡门线（高度100km）的重复使用火箭。后续，该二次回收的火箭又在4月2日、6月19日和10月5日完成了第三次、第四次和第五次亚轨道发射与垂直降落回收。

SpaceX公司成功实现“猎鹰”-9火箭海上回收

此外，美国DARPA在研的“试验性太空飞机”项目已进入第二阶段，将开展可重复使用一子级样机的研制；美国联合发射联盟也正在研究下一代“火神”运载火箭的可重复使用能力，计划实现火箭上面级和第一级发动机的重复使用。俄罗斯宣布开展水平返回式可重复运载火箭的研制工作，计划将采用涡轮发动机和火箭发动机组合的水平返回式第一级“贝加尔”首先应用于“安加拉”火箭。法国政府组织有关专家开展了可重复使用运载火箭及其发展前景的评估。印度“可重复使用运载器技术验证机”完成了首次飞行试验，迈出了研发完全可重复使用飞行器的第一步。

低成本进入太空是人类长期以来的一个梦想，而回收运载器、回收航天器后重复使用是一种重要的手段，将大幅加快人类进入太空的步伐，实现人类探访甚至移居其它星球的梦想。

5 多颗先进卫星发射升空，卫星通信及观测能力大幅提升

2016年1月29日，首颗欧洲数据中继系统激光节点卫星EDRS-A发射升空，开启了欧洲新的“太空数字高速公路”，使欧洲在以太空为支撑的全球卫星通讯中获得了独立地位。其核心部件——内置激光通信终端由德国宇航中心（DLR）研发，与国际同类卫星相比，EDRS具有明显的竞争优势和高效率，非常适用于自然灾害预警、气象预报、紧急事故处理等地球环境观察任务。从2018年起，EDRS还将承担国际空间站与地球之间的通讯任务。6月，“哨兵”-1A卫星以激光通信方式，以600Mbps的速度将图像数据传送至地球同步轨道的EDRS-A载荷。EDRS-A载荷将与预计于2017年发射的EDRS-C专用卫星构成全球首个业务型激光通信数据中继系统，为欧洲低轨卫星提供数据中继服务。

11月19日，美国新一代静止环境观测卫星-R（GOES-R）顺利升空。该卫星由美国国家海洋和大气管理局（NOAA）负责管理，主要用于天气观测与预报。其搭载先进基准图像仪（ABI）、地球静止闪电测绘仪（GLM）、极紫外线X光辐射度传感器、空间环境现场监测器（SEISS）、磁强计、日光紫外线成像仪等仪器设备，可以进行风速、降水率、积雪、闪电等天气参数的高分辨率观测，将提供西半球的连续图像和大气测量、闪电和空间天气监测等数据。与现有的在轨气象卫星相比，其空间分辨率提高了4倍，扫描速度提高了5倍，能够以30s的间隔连续拍照，拍照频率远高于现在的GOES。GOESR的发射是一个重大的进步，能够提供更及时、更准确的气象信息，有望使天气预报发生彻底变革。

美国新一代静止环境观测卫星-R（GOES-R）于2016年11月发射

6 先进设计、微纳制造、仿生制造等先进制造技术取得一系列重要进展

先进制造技术是衡量一个国家综合实力和科技发展水平的重要标志，因此，世界各国高度重视先进制造技术的发展。2016年，美国发布了《先进制造：联邦政府优先技术投资领域速览》报告，提出了先进材料制造、推动生物制造发展的工程生物学、再生医学生物制造、先进生物制品制造、药品连续生产等5个应重点考虑的新兴制造技术领域，明确了美国政府未来制造技术发展的重点。美国海军发布2016财年海军制造技术计划（ManTech），针对海军对平台、系统、装备的生产和维修需求，通过转化海军项目所需的制造技术，降低成本，实现海军各个武器平台的经济可承受性目标。美国国防部宣布设立先进再生制造研究所（ARMI），重点关注高通量培养技术、3D生物制造技术、生物反应器、存储方法、破坏性评估、实时监测/感知和检测技术等。

在先进设计技术方面，美国DARPA宣布启动“变革性设计”（TRADES）基础研究项目，旨在解决现有设计技术与先进材料、先进制造工艺间不匹配的问题，以发挥先进材料、先进制造工艺的技术优势。该项目将从材料科学、应用数学、数据分析及AI等技术领域寻求具有创新设计概念的建议，开发一种革命性的新型设计工具，以充分利用先进材料及制造工艺，拓展设计领域的发展空间。

在微纳技术方面，DARPA启动了“从原子到产品”（Atoms to Product）项目，旨在开发相关技术和工艺，将接近原子尺寸的纳米级碎片组装成至少毫米级尺寸的系统、部件或材料，并保留其在纳米尺寸时具备的特性。DARPA微系统办公室正在实施相关项目，致力于发展下一代微系统的模块化芯片，以及处理效率提升1000倍的智能图像微处理器等颠覆性技术。意大利、德国和西班牙的研究人员合作设计出一种由微粒子推动的新型微齿轮，微粒子以周围过氧化氢溶液为燃料推动自身前进，这种微齿轮为制造可控微机器开辟了新途径。英国剑桥大学研制出了采用光驱动的全球最小纳米发动机“蚂蚁”，大小只有几纳米，有望成为未来纳米机器的零件。DARPA和NASA联合开展了轻型光学系统研究，将利用微系统技术在硅材料上通过极精确的激光烧录成上千个望远镜阵列。该项技术突破可将传统望远镜的尺寸、质量和功耗降至约1%。美国能源部橡树岭国家实验室的研究人员发现，当复合氧化物单晶材料被局限在微观纳米尺度时，其如同一个多组分的电路，超越了目前硅基芯片微处理器的能力，将支撑新型的多功能计算体系结构。美国研究人员利用特殊的隐形原理，在两个光子器件间放置一个特殊的纳米硅基屏障，可“欺骗”两个光子器件相互无视，有助于开发出较硅基芯片更小、更快、更节能的光子芯片。美国研究人员制作出全球首个无需半导体的光控微电子器件，在施加低电压和低功率激光激活时，电导率可增加10倍。该项发现为研制速度更快、功率更强的无半导体微电子设备及更高效的太阳能板铺平了道路。

在生物制造方面，美国DARPA生物技术办公室发布了《生物控制》报告，通过对生物材料的嵌入式控制，为生物系统控制建立从纳米级到厘米级、几秒到几周的跨尺度能力。“体内纳米平台计划”是DARPA正在运行的生物材料项目，旨在研发全新的具备强适应性的纳米微粒，以期获得分布式、温和的生理和环境感知能力，同时形成针对生理异常、疾病和传染病的治疗方案。“工程生命材料计划”（ELM）是DARPA提出的利用生物学“生长”全新材料的理念。该计划旨在以材料科学、工程生物学，以及发展生物学为技术支撑，将传统建筑材料的结构特征与生物系统特性相结合，最终通过生物系统的基因组直接获得指定的工程结构性能。

此外，各国积极发展仿生技术，涌现出一批新型仿生机械和仿生材料。例如，美军研制出一种单兵外骨骼装置，可使士兵负重90kg在各种地形中行进；哈佛大学研发了类似蜜蜂的“机器蜂”和可在水中游动的“机器鱼”，将在军事侦察领域发挥重要作用。美国斯坦福大学制备出一种可用于制作晶体管的可自愈弹性聚合物，实现了复杂电子表面模仿人类皮肤，将为新一代类皮肤可穿戴装备发展奠定基础。波兰、意大利和英国的研究人员合作，利用光电机械液晶弹性体单片电路研发出一款长约15mm的软体机器人，可模仿毛毛虫的不同步态、爬坡、推动比自身重10倍的物体，具有在挑战性环境中执行任务的能力。英国研究人员设计出一种模仿蝙蝠的新型薄膜可变机翼，利用这种机翼制作出的微型无人机可以飞得更远并节省更多的燃料。

7 增材制造技术持续快速发展，技术和应用实现新突破

2016年，增材制造技术仍是各国发展的重点制造技术之一。美国、法国、俄罗斯等国家政府高度重视增材制造技术发展，将其作为未来工业计划的重中之重，并已将3D打印技术广泛应用到航空、航天等重要工业领域。

在3D打印材料方面，2016年，美国宾夕法尼亚州立大学发布了增材制造材料战略路线图，目的是推动材料创新，并促进增材制造材料协会的成立。该路线图包括5个战略重点：材料、工艺及零件的集成设计方法；研究工艺－结构－性能的关系；建立零件和原料测试科学研究报告；开发增材制造工艺分析能力；探索下一代增材制造材料和工艺。此外，液态金属、非晶态金属的3D打印工艺也实现了突破。XJET公司采用金属的液态形式，将其包裹在一个管子里并插入3D打印机，通过喷射成型获得了零部件，无需成形模具，可显著节省时间和成本。德国贺利氏集团与Exmet公司合作研发出了非晶态金属3D打印技术，有望改变非晶态金属材料的应用现状。

哈佛大学通过3D打印制造的全自主柔性机器人

在3D打印工艺方面，DARPA和美国劳伦斯国家实验室联合开发了一种通过微型增材制造技术实现的超轻型新材料，承重可达自身质量的16万倍，刚度是气凝胶的1万倍，可应用于航空、航天等需要轻型、高刚度、高强度材料的行业。美国休斯实验室开发出一种新的3D打印工艺，制造出的超强陶瓷材料不仅拥有复杂的形状，还能耐受超过1700℃的高温。美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室（LLNL）和加利福尼亚大学圣克鲁斯分校合作，成功通过3D打印技术制造出了超级电容，开创了三维打印和多孔材料的交集。美国橡树岭国家实验室将NdFeB稀土粉末与聚合物混合在一起，通过3D打印的方法制造出了钕铁硼稀土永磁材料。日本日立制作所和日本东北大学联合开发出了3D打印高熵合金技术，打印出的合金“HiPEACE”拉伸强度达到铸造方式的1.4倍，点蚀电位提高至1.7倍，适用于制造化学工厂的设备等部件。英国Bristol大学开发出了代替熔融长丝的3D打印复合材料的方法。其通过超声波来诱导材料的微观结构排列，通过激光束来固化环氧树脂，开启了3D打印纤维增强复合材料的新时代。美国麻省理工学院开发出了一种新的3D打印技术，打印出了拥有软皮的机器人，使得机器人变得更安全、更有弹性、更精确。美国波音公司成功获批一项3D打印技术专利。其在3D打印过程中没有任何实体的打印构建平台，在打印过程中，打印对象可以在空中做翻转动作，通过磁场还可旋转3D打印对象，并将材料沉积在打印对象底部，实现360°无死角的3D打印。

欧洲空中客车公司制造的全球首架3D打印飞机——THOR

在3D打印装备方面，美国将3D打印机送入国际空间站后，俄罗斯多家研究机构合作，成功研制出了俄罗斯首台太空3D打印机，能够在失重条件下为宇航员打印零部件。俄罗斯萨马拉国立航空航天大学的学生还发明了一种3D巧克力打印机，并称将在此基础上研发其它食品原料打印机，为宇航员提供更加均衡的膳食。英国伯明翰大学也成功研制出了一台能够在零重力下运行的金属3D打印机。此外，俄罗斯Carbon公司发布其首款商业3D打印机M1，采用连续液界面制造（CLIP）技术和工程级反光膜材料，首次打印出了具有工程级机械属性和表面光洁度的高分辨率零部件。英国BAE系统公司宣布开发一款基于化学反应的3D打印机——Chemputer，在添加剂和原料的作用下，能够发生反应从而“生长”成先进的无人机部件等产品。美国Stratasys公司发布了新型3D打印机——J750，其能够使用36万种深浅不同的颜色，以及不同硬度、不透明或透明塑料来打印3D对象，可以同时使用多种材料一次将原型完整地打印出来。西班牙研究机构AITIIP研发的精度高达0.4mm、行程达100m的机器人可用于3D打印，是制造大型零件的理想选择。德国西门子技术研究院研发了一种八条腿的3D打印机器人——SiSpis。其外形和工作原理类似于蜘蛛，身上装有可挤出PLA打印材料的3D打印机、相机和激光扫描仪。美国惠普公司两型多射流熔融3D打印机正式上市，分别是HP Jet Fusion 3D 3200和HP Jet Fusion 3D 4200。美国RIZE公司推出世界唯一的无需后处理的工业级桌面型3D打印机，打印速度更快，材料更强。美国橡树岭国家实验室将与美国英格索尔公司合作打造世界最大的龙门式3D打印机，可以一次性打印7m×3m×14m尺寸大小的产品，打印速度有望达到约453kg/h。

2016年，航空、航天、机器人、汽车等领域在3D打印应用方面均取得了新的成就。美国轨道ATK公司成功试验了3D打印的高超声速发动机燃烧室，不仅测试分析结果达到甚至超出性能要求，而且创下了风洞试验最长持续时间的纪录。美国洛克希德·马丁公司使用EBM（电子束熔融）3D打印技术制造的钛金属波导支架随“朱诺”号探测器成功进入木星轨道。采用了3D打印喷油器的Skylon航天器取得了一系列技术突破。该喷油器使得引擎在不到0.01s的时间内即可实现急速降温，可使Skylon飞行器达到高达5倍音速的速度，直接飞至地球轨道。美国Rocket Lab（火箭实验室）制造的含3D打印关键部件的氧/烃发动机在新西兰马希亚半岛完成第二级点火测试。波音公司安装了19个3D打印燃油喷嘴的737MAX飞机在波音雷顿工厂的测试机场成功完成了首飞。美铝公司3D打印的飞机零部件进入市场。通用电气公司3D打印制造的涡轮机关键零件也通过了测试。法国赛峰集团与澳大利亚Amaero工程公司合作，利用3D打印技术制造了多种航空零部件，包括用于航空喷气发动机的燃气涡轮等。空中客车公司展出全球首架3D打印飞机THOR。亚马逊在英国剑桥设立了3D打印无人机实验室，这些3D打印无人机将运送重达2kg的包裹并保证在30min内到达收货地址。美国Local Motors公司推出了全球首辆3D打印的自动驾驶电动公交车Olli，其出现改变了传统汽车的制造方式，而且融入了智能化元素。美国哈佛大学利用3D打印技术成功制造出了世界首个完全自主的全柔性自主机器人。美国麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室（CSAIL）成功打印出世界首个3D打印功能型机器人，该机器人由固体材料组成，通过液压驱动。澳大利亚墨尔本大学在世界上率先将3D打印技术用于制造超导谐振腔，其使用的铝粉重量比中含有12%的硅，还含有少量的铁和铜。德国弗朗恩霍夫（Fraunhofer）研究所成功使用粘合剂喷射3D打印技术生产出了硬质合金模具，能够轻松创建复杂的设计。此外，2016年，研究人员还利用新开发的3D生物打印系统打印出了带血管的人工组织、脊柱植入物、毛发、软骨组织、肾单元等，打印出的人造耳朵、骨头和肌肉组织等移植到动物身上后都能保持活性。这项技术未来发展成熟后，或将解决人造器官移植难题。

2016年，4D打印技术也取得了进步。1月，美国哈佛大学威斯生物工程研究所和保尔森工程与应用科学学院成功将微型3D打印技术推向第四个维度：时间。其4D打印的水凝胶复合材料实现了精确的局部肿胀和变形行为。8月，美国麻省理工学院和新加坡科技设计大学研发出了3D打印热响应性聚合物材料，其具有形状记忆能力，即使暴露在极端压力或扭转弯曲成其它形状，只要将其置于响应温度下，即可在几秒钟内恢复原来的形式。该项技术将4D打印推进到广泛的实际应用领域，包括生物医学设备、航空和航天结构件、太阳能电池等。未来，不论在军用还是民用领域，4D打印技术应用于可编程物体均可大显身手。

8 智能制造广受重视，AR/ VR与制造业的融合成为重要发展趋势

继德国、美国、日本等国之后，2016年10月，俄罗斯也提出了其工业4.0发展计划。根据自身国情，俄罗斯的工业4.0主要围绕“国家技术创新计划”的实施，以“超前发展”为目的，更加注重将自身优势和外部经验相结合，以实现技术提升和科技创新。在此过程中，俄罗斯联邦政府和地区、工业和金融业的有效配合，工业集群和科技园区的有效利用，“国家技术创新计划”的顺利实施将有助于俄罗斯工业4.0计划的推动，并开辟出新的国际市场，实现国际领先的目标。

为推动工业4.0的发展，2016年，德国政府出台了《数字化战略2025》，计划投入1000亿欧元，在2025年前建成覆盖全国的千兆光纤网络，以计算机、网络和大数据等信息技术为基础，建立智能工厂、智能交通、智慧城市和智能家居等一系列数字化系统，全面提高德国经济竞争力，推动社会创新发展。根据德国政府的分析，德国企业如果能持续应用数字技术，未来5年可增加820亿欧元产值。

此外，综合利用AR/VR技术并与工业物联网、智能可穿戴和移动设备结合的智能人工增强已成为欧美制造业以人为本智能制造理念的绝佳诠释。目前，AR技术进一步进入飞机零部件组装环节，欧洲空中客车公司的操作人员就佩戴美国谷歌公司的智能眼镜完成了A330客舱座椅安装。2016年5月，空客向斯普利特航空系统公司供应的“智能增强现实工具”开始在A350部件生产线部署。同月，美国数字制造与设计创新机构启动两项AR技术开发项目，其研究成果将向美国波音公司、洛克希德·马丁公司、通用电气公司、英国罗尔斯罗伊斯集团等军工企业转化。

9 无人系统向智能化方向发展，已成为各国军事领域和工业领域竞逐的热点

随着信息技术、制造技术，以及AI技术的进步，无人装备系统的性能稳步提升，具备了协助或代替人类完成多种生产等任务的能力，无人装备系统在军事和工业领域的应用范围和深度也不断扩展。美国、日本、俄罗斯、法国、以色列等国家均在积极研发无人机、无人战车、无人潜航器、机器人等无人装备。

欧洲中空长航时无人机系统

在战略层面，美国国防部多个部门启动无人机集群有关研究项目，包括美国战略能力办公室的“无人机蜂群”项目、海军研究办公室的“低成本无人机集群”项目、DARPA的“小精灵”项目等，大力推进微小型无人机集群技术的研究与验证。美国空军发布了其未来20年小型无人机系统（SUAS）路线图——《2016～2036年小型无人机系统飞行规划》，提出美国空军应集成以空军人员为中心的SUAS家族，并使之成为横跨航空、太空、网空这三大作战疆域的指数级力量倍增器。美国海军正在起草无人系统路线图，希望通过此路线图将无人系统技术整合到海军现有的采办、规划或作战计划中。日本防卫省发布《防卫技术战略》，以及《2016年防卫技术中长期展望》《无人装备研究开发构想》《装备获取战略规划》等文件，提出着重在无人技术、智能与网络技术、定向能技术等改变游戏规则的技术领域开展研发活动。丹麦发布国家无人机发展战略，这是欧洲首个国家层面的无人机发展战略。其中提出，丹麦将出资960万美元将位于安徒生机场的丹麦无人机系统试验中心打造成国际无人机技术研发和试验中心，推动无人机在丹麦的安全、稳定研发和使用，使丹麦成为欧洲在无人机领域的先行国家。韩国产业通商资源部宣布，将加大政策扶持力度，在2020年之前将韩国无人机市场规模扩大至10亿美元，2025年前扩大至30亿美元。韩国还将调整优化无人机在限制区域和夜间飞行方面的限制，未来3年将对高性能无人机的研究生产投入5000亿韩元。

在技术发展方面，美国海军对集群式无人水面舰艇相关技术进行了多次演示验证。美国乔治亚理工学院开发出了一种新算法，可使多个机器人在彼此距离数厘米的范围内移动且不会发生碰撞，可支持类似“蜂群”的无人系统自主协同作战。欧洲通用无人机项目——“欧洲中空长航时无人机系统”（MALE RPAS）项目进入新的阶段。此外，韩国航空宇宙研究院研发的太阳能动力无人机EAV-3成功完成18.5km高度的平流层飞行试验。俄罗斯研究人员研制出了完全自主的“打击”地面无人战车，其能够在自动模式下执行作战和侦察任务。以色列流星宇航公司正在开发“兰博”地面无人车辆，现已开发出了多个任务载荷，包括后勤、医疗后送和导弹发射器等配置。法国赛峰集团推出了全新的eRider无人车。该车属于一种多任务平台，可无人驾驶，也可选择有人驾驶模式，除执行后勤支持任务外，还可用于快速部署部队，为情报搜集及打击等任务提供支援。

当然，面对迅速发展的无人系统，各国也在加紧研制反无人系统。例如，美国陆军制定了反无人机威胁战略。英国研究人员研制出了“反无人机防御系统”，通过对准无人机的定向天线向无人机发出无线电信号，可干扰无人机操作员发出的无线电信号并使之失效。美国雷声公司研制出了“相位器”地基高功率微波武器系统，可在数毫秒时间内摧毁整个无人机“蜂群”。未来，为了在战争中取得先机，反无人系统也必将成为世界各国竞逐的热点。

10 智能汽车与自动驾驶技术备受关注，智能网联汽车时代到来

随着拥有互联网背景的公司进入汽车行业，以及越来越多的汽车企业与互联网企业合作，智能网联汽车快速发展的时代已经到来。美国、英国、韩国等国家提出了发展自动驾驶技术的政策。例如，美国政府推出了《联邦自动驾驶汽车政策指南》，为美国自动驾驶汽车的发展指明了方向。英国政府将投资3.9亿英镑，主要用于无人驾驶汽车、可再生能源和高效节能运输等领域技术的研究与开发。韩国选定了未来九大国家战略项目，计划安排政府投资1.6万亿韩元，协调企业出资6152亿韩元投入AI、虚拟与增强现实、自动驾驶汽车、轻质材料和智能城市、精密医疗技术、碳资源化、可吸入颗粒物减排和生物新药等领域先进技术的开发。

在自动驾驶技术方面，2016年，英国剑桥大学研发出两种可以使无人驾驶汽车学会“看路”的新系统，能够通过智能手机或普通相机实时判断出道路上的多种物体，也可在全球定位系统无法提供服务的区域识别出使用者的位置和方向。美国福特汽车公司将推出搭载美国Velodyne公司最新激光雷达传感器技术的自动驾驶汽车。德国大众汽车集团子公司奥迪汽车公司研制的改进版奥迪A7自动驾驶汽车——Jack在德国高速公路上进行了测试，验证了新功能适应道路交通状况的能力。此外，奥迪汽车公司还将推出A9 e-tron四门电动车。其配备完全自动驾驶技术及异步电动机，预计于2020年上市。德国巴伐利亚发动机制造厂股份有限公司旗下品牌劳斯莱斯在英国伦敦发布了其首款自动驾驶电动概念车——Vision Next 100。瑞士首款使用IBM公司“沃森”超级计算机的无人驾驶巴士Olli，以及一款名为Navia的无人驾驶巴士已分别在华盛顿和新加坡上路测试。美国威伯科汽车控制系统公司推出了世界先进水平的自动紧急制动系统（AEBS）——OnGuardMAX™，标志着商用车自动驾驶关键技术实现了新突破。韩国现代汽车公司发布了配备自动驾驶功能的概念车“Autonomous IONIQ concept”，计划于2017年利用两辆该概念车进行现场演示。但是，5月7日，一辆行驶于美国佛罗里达州的特斯拉汽车在开启“Autopilot自动驾驶”功能时，首次发生了致人死亡的重大事故，引发了人们对于未成熟的自动驾驶系统上路的担忧。尽管“Autopilot”系统在事故发生前已安全行驶了2亿多千米，但这一尚处于试用阶段的技术是否足以达到上路标准，引发了各国监管机构的注意。因此，自动驾驶技术的实际应用尚需时日。

在车辆的智能网联方面，美国哈曼国际集团有限公司推出了其全面融合的智能车辆解决方案——LIVS，可使各种分散或独立的连接和操作域全部集成到一个完整的汽车计算平台上。美国埃森哲管理咨询公司携手德国大众汽车集团下属西班牙西雅特汽车公司开发出了一款车联网概念验证技术方案，在物联网和车联网服务市场探索全新发展机遇。加拿大阿尔伯塔大学研发的智能车辆技术——车联网首次在埃德蒙顿的街道上进行了实地演示，使埃德蒙顿成为加拿大首个为提高交通安全实现汽车与汽车之间、汽车和道路基础设施之间相互“通讯”的城市，也标志着加拿大联邦、阿尔伯塔省和埃德蒙顿市三级政府联合资助的车联网研究和示范基地进入正式运营阶段。

11 可穿戴装备快速发展，军用和民用领域广受重视

随着传感器技术的快速进步，可穿戴装备已成为电子消费的新热点，智能手环、智能眼镜、智能手表、智能背心等层出不穷，而由于可穿戴装备具有体积小、重量轻等特点，因此也已成为军用领域不可或缺的硬件，或将成为未来士兵的标配。

2016年，在可穿戴装备领域，韩国三星公司发布了业内首款可穿戴芯片——生物处理器（Bio-Processor），其具备多合一功能，可监测人体心率、体脂含量、骨骼肌肉质量、皮肤温度及皮肤应力等参数。瑞士洛桑联邦高等理工学院（EPFL）开发出一种能够弯曲和拉伸的柔性电路系统，其拉伸程度可以达到原始尺寸的4倍，在可穿戴设备、皮肤生物传感器和智能服装等方面具有广阔的应用前景。俄罗斯中央研究精密机械制造局推出了地面部队使用的第三代“战士”可穿戴系统，包括防火作战服、带有模块化轻型负载装置的防弹衣、外骨骼、膝肘部防护工具、先进的弹道头盔，以及防毒面具等，并考虑选择新材料和新型指挥控制系统，集成敌我识别系统及一种健康管理装置。美国将继续大力推进“塔罗斯”作战服的研发工作，其的使用可提升士兵的综合弹道防护、态势感知能力，特别适用于城区作战。加拿大仿生动力公司正在研制一种名为“动力行走”的能量收集装置，其外骨骼能够吸收膝盖弯曲、作负功时的能量，并利用这些能量为士兵自己或队友的主电池充电，从而减少需要携带的电池数量，或者背负相同的载荷而扩大任务范围。欧洲RB3D公司展出了其第四代“大力神”外骨骼，既可用于军用领域，也可用于民用市场。

三星公司发布可穿戴芯片——生物处理器（Bio-Processor）

12 石墨烯、超材料、智能材料等新材料研发进展快速

在石墨烯材料开发及应用方面，新的石墨烯制备方法不断涌现。例如，法国联合多国开发出一种工业石墨烯提纯技术，可使石墨烯更稳定，即使接触臭氧10min也可“毫发无伤”。美国DARPA和美国军方研究实验室通过给石墨烯添加其它元素，研制出一种拥有磁性、光学、电学，以及热学性能的新材料，可广泛用于军用护目镜、军事探测系统、光电探测器及晶体管内。美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室和加利福尼亚大学合作，通过在气凝胶电极石墨层间加入锂离子和高氯酸根离子，发明了一种使3D打印石墨烯超级电容器性能提高1倍的方法。欧洲Skeleton公司也成功将石墨烯材料应用于超级电容技术。英国剑桥大学等多所大学联合，将石墨烯集成进硅光电子电路，为硅基光电探测提供了简单的解决方案。英国曼彻斯特大学利用石墨烯等离子体的特性开发了一款可调谐太赫兹激光器，改变了现有太赫兹激光器只能固定一个波长的限制。瑞典查尔姆斯理工大学开发出一种通过功能化石墨烯纳米薄片高效冷却电子器件的技术，有助于开发出更小、更节能的电子信息装备。美国宾夕法尼亚大学采用石墨烯封装方法，首次合成了二维氮化镓材料，其具备的优异电子性能和强度将产生颠覆性应用效果；该大学还基于双层石墨烯开发出了电子流态控制设备，或将开辟电子学新的发展方向。美国麻省理工学院将两种晶格大小不一致的二硫化钼和石墨烯集成在一层上，有助于研制功能更强大的计算机。英国剑桥石墨中心（CGC）和我国江南大学联合开发出含有石墨烯的导电织物，解决了智能服装不够柔软的问题。英国工程和自然科学研究委员会斥资520万英镑，资助曼彻斯特大学和Graphenea公司开展一项为期5年的研究，探索以石墨烯为代表的二维材料在医疗领域的应用。

在超材料方面，美国艾奥瓦州立大学研发出一种柔性、可伸缩、具有调谐选择性的超材料蒙皮（Meta-skin）。其由硅胶薄膜及镶嵌在硅胶薄膜内的开口环形谐振器阵列组成，通过伸展和收缩改变开口环形谐振器的形状，进而改变谐振器的电感参数与电容参数，调整抑制电磁波的频率范围，实现在更宽频段内全方位抑制电磁波散射的效果。试验结果显示，这种超材料对频率范围为8GHz～10GHz的电磁波的吸收率达75%。这种超材料蒙皮有望作为下一代隐身战机的外表面材料，未来还将实现在可见光或红外光等更高频电磁波下隐身。此外，美国研究人员制造出了受热会收缩的全新超材料，适用于制作在温度变化较大的环境中所需的微芯片和高精光学仪器等。

在智能材料方面，美国华盛顿州立大学开发出一种独特的多功能智能材料，可以在光和热的作用下实现形状改变、自我折叠和展开。这是研究人员首次在一种材料上集成了形状记忆、光激活及自修复等多种能力，为智能材料的多功能化和归一化应用开辟了新的技术途径，未来将在制动器、药物传送系统、自组装设备等多个领域得到广泛应用。中美研究人员合作，将氮化硼纳米片添加到一种塑料聚合物原材料上，研制出一种即使破碎多次也能自动恢复所有功能的新型电子材料。美国麻省理工学院研制出一种可实现化学储能的固体材料——透明的聚合物薄膜，可遇光吸热并按需放热。

13 太阳能、核聚变等能源利用继续发展，新型电池研究成果丰硕

在太阳能利用方面，美国麻省理工学院首次证明，使用太阳热光伏设备，太阳能电池的光电转化效率可突破理论限制。美国研究人员发现，加热铁锈之类的金属氧化物可提升特定太阳能电池转换效率和储能效率，实现了小分子有机太阳能电池效率近50%的增长。麻省理工学院开发出一种可附着在许多物体上的超轻薄柔性太阳能电池。瑞士洛桑联邦理工学院开发出了能够以大幅低于以往的成本制造出转换效率高达20.2%的钙钛矿太阳能电池的技术，突破了钙钛矿太阳能电池的发展瓶颈。澳大利亚新南威尔士大学（UNSW）所属澳大利亚先进光电中心的研究人员在正常光照条件下将太阳能光电转换效率提升至34.5%，打破了美国Alta设备公司此前创下的光伏电池的能效纪录——24%。欧洲薄膜太阳能电池相关技术联盟“Solliance”开发出了尺寸约为15cm×15cm的钙钛矿太阳能电池模块，模块转换效率为10%，开口部面积达168cm2，接近13cm×13cm。日本钟化公司采用异质结和背接触结构，开发出了实用尺寸（180cm2）的晶体硅太阳能电池单元，其转换效率达到目前世界最高的26.33%，比原世界纪录（25.6%）大幅提高。

在新型燃料方面，美国海军海水变燃料技术取得重要进展，从海水中提取二氧化碳和氢气的技术已发展至第二代，每日产量可供合成3.79L（1加仑）液态碳氢化合物燃料。美国哈佛大学开发出一种人工仿生叶片，能“吃”进二氧化碳产出生物乙醇，效率比自然光合作用高出10倍。加拿大多伦多大学找到了一种方法，可利用硅将二氧化碳转换成高能燃料，这种通过纳米结构氢化物的还原能力直接利用太阳光生产燃料的方法是一种全新的概念。

在氢能技术开发方面，美国斯坦福大学设计出一种钙钛矿太阳能电池驱动的光解水复合体系，可使光解水制氢的转化效率达到6.2%，使得光到氢的能源转换效率有望提升到新高度，为获取绿色氢能源提供了一个重要途径。美国研究人员还发现了一种由钼硒化硫和多孔硒化镍组成的新型复合催化剂，能够使水制氢的效率达到实用水平。俄罗斯科尔科沃科技学院与美国得克萨斯大学奥斯丁分校和麻省理工学院合作，研发出可大幅提高碱性溶液电解水分解效率的催化剂，该技术是生产氢能源的关键步骤之一。俄罗斯科学院季米里亚泽夫植物生理学研究所发现了一种锰的络合物催化剂，能够像植物一样利用光合作用将水分解成氧气和氢气，有助于研发可自我再生的新型能源。以色列特拉维夫大学发现，藻类通过氢化酶生产氢气，氢化酶在无氧状态下不分解，藻类将持续产氢。因此，利用该技术有望使微藻全天制氢，成为大规模生产氢气的新方法。

在核能利用方面，德国启动了世界最大的仿星器核聚变反应设备——“螺旋石7-X”，并首次制造出了氢等离子体，预计4年后可实现等离子体脉冲持续时间30min，向实现受控核聚变迈出了重要一步。美国麻省理工学院在阿尔卡特C-Mod托卡马克聚变反应堆实验中创造世界新纪录，等离子体压强首次超过两个大气压。俄罗斯新沃罗涅日核电站装有最新型WWER-1200反应堆的核电机组完成燃料装载并顺利启动。全球功率最大的BN-800型钠热载体快中子反应堆——俄罗斯别洛亚尔斯克核电站4号机组开始商业运行。韩国研发、设计和建造的热功率5MW的研究用核反应堆JRTR在约旦科技大学投入运行，标志着韩国正式成为反应堆出口国。另外，韩国采用自主设计的APR-1400新型压水反应堆的新古里核电站140万千瓦级3号机组并网发电。

在新型电池方面，美国加利福尼亚大学尔湾分校研制出了以金纳米线为材料、可反复充放电数万次的新型纳米电池。美国麻省理工学院的研究人员发现，钙可以作为三层液态金属电池的重要原料。美国麻省理工学院研发出了新型锂氧电池，其采用固态氧元素，重量更轻，更安全，有望在电动汽车领域推广应用，解决续航里程及电池安全问题。美国斯坦福大学提出了“亲锂性”概念，制备出可大大提高锂电池性能的复合金属锂电极。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和斯坦福大学等机构的研究人员合作，开发出了可观察锂离子电池充放电时内部粒子运动的新型X射线显微镜技术。美国堪萨斯州立大学研发出一种类似于纸的碳氧化硅玻璃—石墨烯纸电池电极，可使电池总重量减轻约10%，有助于开发出更好的太空探索或无人机工具。美国哥伦比亚大学开发了一种提高锂离子电池能量密度的全新方法，可将锂离子电池的能量密度提高10%～30%。日本东北大学和东京大学合作，首次利用大环状有机分子，为全固体锂离子电池开发出一种新的负电极材料（开孔石墨烯分子），其电容量比石墨电极高两倍，经65次充放电后仍能保持原始的大容量状态。日本产业技术综合研究所与筑波大学共同开发出了一种锂硫电池，采用金属有机骨架作为电池隔膜，实现了长期稳定的充放电循环特性。日本埼玉县产业技术综合中心在高品质镁蓄电池生产技术方面取得突破，即将开展实用性研究。新加坡南洋理工大学开发出了TiO@C空心球包裹硫正极材料，可用于高性能锂硫电池，为设计高导电性和高吸附性能的纳米结构提供了新思路，也使得后续高能量密度电池的设计成为可能。加拿大达尔豪斯大学利用锂硅合金脱锂工艺制备出低膨胀层状无定形硅负极材料，显著提高了材料的循环性能。

德国仿星器核聚变设备——“螺旋石7-X”