俄罗斯先期研究基金会优先规划清单 | 远望报告

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俄罗斯先期研究基金会优先规划清单

本文摘自《俄罗斯先期研究基金会研究》 | 远望报告

未来新技术浪潮的主要方向是大幅提高工业文明发展过程中取得的方案的效能。得益于近些年颠覆了人类认知能力的发明和研发，现代的医学、能源、机器人技术和其他一些行业正在注入新的动力。俄罗斯先期研究基金会提出了一系列最能全面展示新技术浪潮实质的技术。这些技术的发展将为许多复杂任务的解决提供充足的潜力。

这个名单远远没有尽头（一系列未来具有前景的研究方向见附件），但是它能够展示对规划能力和视野。

在这份名单占据第一位的是生物医学技术，这并非偶然，考虑到现代医学中投入的巨大资金以及这个领域的巨大文明价值，包括军用意义。机器人、运输系统、能源有关的技术，无论是从军事方面讲，还是从民事方面讲都具有重要的意义。这些行业的发展将确保人类劳动效率的大幅提高，资源，无论是物质的，还是时间的资源利用效率将大幅提高，潜在意义上具有开发新资源来源（外层空间）的可能性。

1、人类器官生物工程

全世界每年有10万例器官移植手术，超过20万人体组织和细胞移植手术。其中26000例是肾脏移植，8000-10000离是肝脏移植手术，心脏移植手术2700-4500例，肺移植手术1500例，胰腺移植手术1000例。从移植手术数量看，美国是当值无愧的领军国家：每年美国医生都要进行一万次肾脏移植手术，4000例肝脏移植手术，2000例心脏移植手术。根据俄罗斯卫生部的数据，每年约有1500例移植手术（2013年时，俄罗斯每年进行4-5例的心脏移植手术，100-120例的肝脏移植手术，500-800例的肾移植手术。）同时，专家估计，只有十分之一需要器官移植的病人得到了满足。这个指标比类似手术的实际需要低数百倍。

根据美国专家的研究，每100万人中器官移植手术的年实际需求量如下：肾脏-74.5、心脏-67.4、肝脏-59.1、胰-13.7、肺-13.7、心肺复合体-18.5。

可供移植的捐赠器官长期短缺，等待手术的时间过长，摘取器官后手术的时间紧迫性，传统器官移植的异常昂贵为探索可替代的、更加经济高效的器官移植战略提供了必要的前提。

2、人类血液生产

输血是最为常用的医疗救治方式之一。全世界每年有9600万次输血治疗急性出血或慢性贫血，或缓解复杂的手术。然而，还存在着一些困难。第一个是献血不足。世界卫生组织估计，每年鲜血者捐献的血液量不足，而每年对血液及其成分的需求却在不断增加。第二个问题是输血造成的传染病传播问题。虽然发达国家病毒的传播概率很低，比如艾滋病毒、乙型肝炎、丙型肝炎等，但是在发展中国家这使一个大问题。第三个问题是血型不合。由于献血者和病人之间的血型抗原不同，这就造成了给一些病人输血时出现了困难。在某些情况下输血时需要考虑其他抗原的存在，如Kell。

目前输血的方法是成分输血（血浆，红细胞，白细胞，血小板，洗涤红细胞，冷沉淀和其他更稀有的成分）。

严格按照血型和Rh因子的匹配进行输血。尽管前一段时间，Rh阴性血型被认为是对所有血型都匹配的，但是随着不同类型凝集素的发现，这一观点被认为是错误的。

尽管制造合成的血液替代品（如Perftoran，全氟有机物人造血浆，俗称“蓝血）近期内可以解决人的生存任务，但是从长远来看，对引起的潜在副作用，我们知之甚少。制造与天然血液完全相同的人造血液不仅可以从根本上解决献血不足的问题，而且能够制造细胞产品用于具体病人的治疗。

使用血小板的主要指征是大幅降低红细胞的数量，以及减少血液的氧容量，这是因为血液病和癌症、细胞抑制疗法或放射治疗时发生溶血和造血功能障碍以致急性或慢性失血或者红细胞生成不当造成的。

输入血小板造成的表现可能是降低长时间出血时的血小板功能活性，用于治疗此前未知类型传染病和癌症的基因工程T淋巴细胞具有一定的前景。

关键技术：

基于诱导多能干细胞研制个人细胞药物；

开发具有指定性质的细胞，包括干细胞和祖细胞的分离和培养技术

发展造血干细胞培养技术（可定向分化为不同类型的血液细胞）

3、低温保存技术

全球对科技突破和可移植的人体器官的需求从未像当前这么高。人体器官低温保存和恢复技术发展的潜在价值十分巨大，主要原因如下：

首先，这类技术可以长时间保存从捐献者身上取下后活力保存时间窗口不大的人体器官，可以大幅提高器官移植的效率，降低移植费用，同时还可以打破移植器官时现有的地理和时间限制。

其次，得益于组织工程领域不断取得的成果，低温保存还可以提供替换和保存使用病人自身干细胞制造的器官的机会，而避免长期等待合适的捐献者。

第三，人类器官低温保存领域取得的进步对于不同相关学科的专业人员也具有重要的意义，比如细胞治疗技术、再生能力恢复技术领域的专家。

目前，细胞培养、组织（血液、精子）培养和早期（着床前）胚胎的低温保存方法已经研发并在医学、农业和科学实验中得到了成功应用。但是目前的技术应用在孤立的器官上时，则显示出低温保存的耐受性很差，低温保存整个器官的方法暂时还没有研制出来，目前的方法效率很低。成功移植低温保存器官的案例非常稀少，原则上，在成功的案例中，所指的不是解冻后整个器官恢复活力，而是在解冻的器官中有部分活性组织——低温保存后复活的器官指的不是整个器官，而是移植后可以成功成活的部分组织（比如，解冻后的卵巢组织移植）。同时，细胞技术的发展表明，在微创疗法时器官功能原则上是可以恢复的。成功低温保存热血动物（包括人）的案例，目前还没有。

研制低温保存技术可能在最近解决捐赠器官保存的问题——通过建立相应器官库的方式。目前，从捐献者身上取下到移植到病人身上之间器官保存的时间不超过24小时。低温保存技术的发展能够将保存时间提高到1年甚至更长。

该项规划的目的是将捐赠的器官低温保存数个月，以便未来进行移植。

核心技术：

建立最小梯度温度控制技术；

研究低温保存时预防组织破坏风险的方法；

制造新型特异组织低温保存器；

制造恢复低温保存器官的组织工程技术；

规划成果：研制人体器官（心脏、肝脏、肾脏）长期低温保存技术；器官移植时功能恢复技术；制造器官长期保存的处理和安装线原型。

4、复苏机器人

目前，部队中伤员救治的主要原则是及时将其送往医院。在这种情况下，伤员要么死亡，要么在抵达医院时，已经处于没有救治意义的状态。之所以会这样，原因是大多数战斗负伤时，伤员会很快——在5-10分钟内进入严重和致死状态——休克。休克会妨碍呼吸和心跳。在医学中，有“黄金1小时”的概念：如果伤者在受伤的第一个小时内得到充分的医疗救治，存活概率将达到90%。如果在两个小时内提供治疗，则存活率为10%。

研制能够直接在战场上给予紧急医疗救治并准备护送的真正机器人系统，不仅能够降低损失，而且能够将战场医疗和紧急医疗提高到一个全新的水平。

复苏机器人领域取得的最新成果为研制直接在战场上提供紧急医疗救治系统提供了可能性。机器人外科医生试验计划包括将塑料管插入受伤的血管，对腹部伤口进行处理。对硬件系统的要求包括放置在箱体中，汽车运输，如有救治和静脉注射的需要可旋转，挑选和分配相应的外科器具，监测伤员机体活力的主要指数，保持稳定状态，包括呼吸机和供应药品。

后撤单元专门设计，能够自主发现和安全运送伤员离开事发地。导航功能借助嵌入式的超声传感器和红外摄像机实现。当发现伤员时，能够将其抬上专用安全担架进行运输和下一步后撤。

规划成果：该规划的目标是制造机器人技术设备，能够救援伤员或灾难中受伤的人，不仅能够止血，持续进行必要的健康监测，在骨折的情况下固定颈部，而且可以使用一种特殊的气体混合物将人引入人工昏迷或“冬眠”状态，从而延长“黄金1小时”

关键技术：

微创诊断技术——生命体征分析；

开发用于操作干预的软硬件保障设备；

制造自适应反馈机械手，包括使用功能和智能可激活材料制造；

开发复苏支持设备和身体功能状态监测系统；

减慢新陈代谢、人工昏迷的化学药物；

规划的成果：研制蜘蛛机器人，用于装备军事野战医疗队，或作为机器人后送系统的一部分。所开发的个别部件可以成功地用于卫生系统——灾难医学和复苏小组。

5、“按需”生产材料和燃料成分的工业技术

在必要生产原料缺乏或不足、存在运输问题和无法借助外部援助的情况下，提供燃料和功能材料的任务应该由新一代技术来解决。合成生物学是基因工程的一个最新方向，它将所有的前沿研究领域集合在一起，以设计和打造新功能，包括自然界中不存在的生物功能。

工业微生物基金工程领域的最新成果为研制可编程工程生物系统提供了可能性。完善设计生物机器的基金生物学指的是借助软件系统，设计工业生物体功能，高效模拟工业生物系统组成部分，在虚拟环境中测试和调试设计基因组性能，合成并将设计的DNA转化为模型微生物。

用来制造功能生物系统和生命装置的分子遗传学原理和遗传工程方法，在功能上与电子器件设计技术很像。

商业合成生物学包括建立废物处理技术；“按需”生产材料，燃料和化合物；以治疗为目的对活生物体细胞进行编辑。该行业最大的制造公司是Blue Heron公司（基因合成，美国），Genscript公司（生物制药，美国），Scarab Genomics（细胞工厂，美国），Gevo（生物燃料，美国），Chromatin Inc.（农业技术，美国），LS9（生物燃料，美国），Synthetic Genomics（与英国石油公司合作的能源公司，美国），Greenfueltechnologies Corporation（生物燃料，美国），Geneart（基因合成，德国），Genencor（食品，丹麦）。

所取得的成果有力地证明，有针对性地构建和优化功能微生物作为“活工厂”的特点的情况下，利用合成生物学和工业生物技术方法，有效生产结构材料和燃料是可行的。

该规划的目标是通过生物技术手段使用必要数量的现有原材料生产必要的材料——燃料、产品、结构材料。

关键技术：

改进生物结构材料获取技术和寻找具有必要特性的新微生物；

原核生物培养的可行性研究和方法应用，以保证获取功能材料和燃料成分的闭环；

建立生物系统自动化设计系统——合成DNA和RNA的综合软件工具；

稀有细胞参数测量技术；

利用专门的自动化设计系统研制功能性细菌（大肠杆菌）底层结构的设计技术

规划结果：使用基于后基因组技术的合成生物学工具和软件工具，研制用于功能生物系统设计的现代信息技术——从高级描述到基因组合成功能位点中实现（软件）；研制和生产工业增长型专用（生物化学）培养基；制造容量达10万升的工业发酵罐和产品净化系统，包括使用模块化原则制造的系统。

6、一体化网络技术和智能控制网络

C5ISR的概念是建立一个集指挥控制、通信、情报收集、地形侦察和数据传输为一体的综合网络系统，用来将兵力兵器整合到一个统一信息空间中。

因此，根据这一概念设计的指挥系统可供指挥人员指挥（借助高效信息处理和控制网络中心化系统）统一信息空间中分布式兵力的作战行动，取得对任何敌人的决定性优势。

目前，除了传统任务外（提高数据传输信道的通信容量、提高信息通信设备的生产率、完善抗干扰能力和加密），摆在C5ISR系统研制者们面前的还有新一代问题。其中最为迫切的问题是超大型数据的处理、动态多因素决策模型和系统、引入统一的异构数据处理和传输标准、为操作人员建立复杂的信息可视化和显示工具。

信息通信系统的一体化不仅可以优化控制进程，而且可以在落实大量数据实时搜集、处理和分析进程方面达到全新水平。总体上来说，C5ISR概念是的网络中心战（NCW）理论的具体实现，旨在通过大幅降低数据流的处理速度来实现信息优势，同时提出了大幅度增加信息交换量（不损失情况判断质量和不降低其可信度）和大幅提高事件处理计算能力（提高作战能力）的技术挑战。

关键技术：多光谱态势地图和目标组成部分绘制系统；

兵力兵器行动控制、指挥和修正接口技术；

无线电和无线电技术侦察设备、详查型和扫描型雷达侦察监视设备；

集情报、电子战、识别、大地测量保障于一体的战役战术级跨军种信息控制系统技术，一体化卫星通信系统技术；

基于混合微处理器和交换信道实时运行的软硬件设备技术。

规划结果：打造具有与部队统一战术指挥系统相连接的功能接口，从而可以优先使用已开发的侦察打击和侦察射击系统（地面机器人和无人驾驶飞行器配套系统）的控制系统

7、高速运输系统

纵观历史，运输能力在社会经济发展中发挥着重要作用，当它上升到一个新界限以后，都会为经济发展注入新的动力。在人类历史上，可以列举出好几次促进生产力急剧增长的“运输革命”。这种关系在工业革命时期表现得特别明显，当时，先是蒸汽机，后有内燃机，造就了从轮船和蒸汽机车到洲际客机和汽车等一系列新的交通工具的出现，从而使得地球的面貌在短短几十年内发生了根本性改变。新型推进系统——柴油推进系统、燃气轮机推进系统、船舶核动力系统、航空涡轮喷气发动机和其他一系列创新使人类的运输能力变得几乎无限强大，除了地球大气层之外到处都有了人类的足迹。然而，建立的运输基础设施本身存在一些制约因素，阻碍了其能力的增长，这就需要新的技术解决方案。

关键技术

高超声速客机（亚轨道飞行器）

真空列车

磁悬浮列车（磁悬浮）

地效飞行器

规划成果：战略目标是建立一个“新型铁路”和洲际航空服务网络，将铁路和洲际航空服务耗时降低一个数量级。

基于俄罗斯的条件，“真空道路”干线网络能够保障主要中心之间，从南到北和从东到西之间的交通联络，在最繁忙的地区组织交通枢纽。从经济角度考虑，除了干线真空道路网外，与大中心之间的交通联络还可以使用磁悬浮列车和传统交通工具。

8、太空的商业利用

现在，人类已经无限接近实际使用太空，为此需要将太空技术从目前水平上——航天活动仅被用作一种保障人类在地球活动的手段——实现跨越。这一飞跃的目标应该是大幅降低货物进出太空的费用。

随着碳纳米管和结构的发现，理论上可以保障制造无限长度的绳索，因此，建造太空电梯，也就是说，打造基于离心力作用的钢丝绳运输系统具有可能性。太空电梯的建造会使得地球静止轨道与地球之间货物往来运送的费用降低几个数量级。同样，这又使得月球、火星和小行星等空间天体的自然资源开发在经济上具有可行性，并使得在轨组装重型航天器，以便在太阳系内进行长途飞行具有了可行性。目前，美国NASA已经拨款研发太空缆绳。

关键技术

太空电梯；

轨道港；

星际飞船。

项目成果：该项目开发可以保障地球与地球静止轨道之间永久连接的太空电梯基础设施建设，能够建造保障科学活动和经济工作的轨道空间港和船坞，建造和使用保障地球与太阳系最近天体、行星带之间永久联系的星际飞船（开采资源，通过建立的太空电梯基础设施将其运送到地球。）

9、新的能源解决方案：扩大资源基础、能源储存，提高效率

俄罗斯拥有丰富的能源财富，从碳氢化合物储量到西伯利亚河流水能和核能潜力，但是完善能源部门的问题依旧极为迫切。能源在生产成本中所占的份额以及一些地区的能源短缺，在很大程度上阻碍了俄罗斯广大地区的经济增长和充分开发。完善能源部门的任务只能通过扩大资源基础、提高能源系统效率和建立新一代储能设施的综合办法来解决。

关键技术：

有机朗肯循环（不同能源的有机朗肯循环）；

线性发电机组；

氧化还原蓄电池。

规划成果：新电池与线性发电机组及其他创新设备联合运用产生的协同效果将确保能源系统效率的飞跃性增长，其经济影响目前难以估量。首先，必须铭记，简化发电和输电并降低其成本，将使经济的所有部门，从机械制造和交通到日常生活服务、卫生和教育，毫无例外地得到迅速发展。因此，“能源”规划有资格被视为创新项目总清单中的基础性规划。

机器人技术

长期以来，各种用途的机器人研制工作一直在进行。现在，各国军队中装备的机器人数量越来越多，类型愈发多种多样，质量也在不断提高。无人驾驶飞行器和水上、水下航行器、各种类型的地面机器人开始越来越多地承担以前由人类承担的任务，在作战行动中发挥着越来越大的作用。

无人机被用来从事侦察、目标指示、引导导弹，还有许多无人机可以自己摧毁目标。地面机器人被用来扫雷、突破障碍物，其中许多是武装型的，可以用于在诸如城市等高风险地区作战。

机器人也开始被用于后勤保障，例如，Oshkosh卡车公司正在开发“无人驾驶”卡车，波士顿动力公司开发了一种机器人搬运工，外形像一只大狗，可以搬运多达75公斤的货物。

尽管机器人的潜力迅速增长，但它暂时还无法，而且在很长一段时间内也不会达到士兵和人类可控装备能力的程度。主要限制仍然是光学设备的能力——无论什么样的光电系统都无法同人脑-人眼系统相提并论。另外一个限制因素是缺乏能够对不断变化的环境作出迅速反应的成熟的人工智能，这就不得不使用遥控机器人，而不是完全自主的机器。

关键技术

深潜自主机器人

高空无人机

地面巡逻机器人

外骨骼/力甲

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