美国NSF公布未来资助“大思路”

2017年11月28日,美国国家科学基金会(NSF)公布了科学与工程前沿的未来资助的10个“大思路(Big Idea)”,瞄准科学与工程前沿,并联合多部门包括科学机构、私人基金会、行业从业者与教育部门及其他机构,共同推动科学与工程领域继续往前发展,并确保美国在该领域的全球领先地位,为促进美国经济繁荣、国内安全、人民健康与社会福祉提供科学与工程领域的支持。

1、面向21世纪的科学与工程大数据计划

构建美国全境的集成智能数据平台,该平台包含美国经济、环境、社会等各方面的基础数据,并且能够进行交叉研究,交叉计算。研究的尺度以社区为单位。尤其将美国劳动力发展情况的基本数据纳入其中。该计算平台至少在大气感应方面要实现以下功能:准确的判断龙卷风及其他较大型自然灾害发生的概率及模拟受灾后的损失;通过实测数据来预测风暴潮的演变轨迹,并能通过实测数据来实时的修正模型;通过大数据计算达到智能的应对自然灾害的发生预警与响应;通过对基本的自然天气的数据智能化的优化物流与运输。上述在大气感应领域仅仅是一方面,还应该将大数据与化学、生物学、天文学、物理学还有物联网集成应用,并将融入教育系统,不断提升数据带来的价值。要构建集成智能数据平台,需要动员全社会力量,尤其在以下3个领域要密切协作:NSF针对该领域具体问题持续加大资助力度;要引导教育机构在该领域的基础理论研究;联合社会资本建设网络基础设施。

2、人类技术前沿

研究先进的技术如何服务大众,以及如何科学合理的利用科技技术来服务社区等微观单元。NSF将加大对人类生活、社会发展、科学技术三者之间的互相关系进行基础性的科学研究,其目的是将人的主观能动性最大化发挥与社会高效运转和科技发展无缝的耦合起来,以求寻找最优的劳动力与生产力之间的路径。研究的主题主要有4个方面:人类发展与科学技术的高度耦合;基于社会与科技发展视角下的人类主观能动性的最大化研究;构建社会与科技同步发展的蓝图;建设终身学习型社会。

3、北极研究

构建横跨北极的移动与固定监测网络平台。以观测北极的生物活动、物理、化学变化。目前有关北极的研究较少,还未建立模拟北极系统变化的实验室或网络平台,研究北极的自然系统变化情况对于了解全球环境变化至关重要。北极的面积广阔,其环境的变化将如何影响全球气候及生态系统现在我们不得而知。但这方面的意义重大。例如北极海冰的迅速消失和改变将对北极自然资源带来哪些机会?可能的机会在化石燃料、矿产与渔业资源方面,现在很多国家已经开始关注这方面问题。

4、天体物理学领域

未来几年,将继续加大对天体物理学领域的研究,尤其在天体物理学领域的观测工具方面,需加大资助力度。过去多年,科学家通过已知的电磁频谱——从无线电波到伽马射线进行观测,取得了重大发现。现在需要开发新的观测工具,以适应更为复杂与广阔的宇宙空间。

5、量子科技的发展

继续加大资助力度,尤其在利用量子技术对观察、控制原子和亚原子微粒上的能量与控制领域继续努力,为实现更高层次的传感技术、计算能力、建模与通信技术提供基础帮助。现今诸多技术的发展都依靠量子技术作为基础,尤其在激光技术、计算机技术、GPS技术与LED方面,都依赖于量子科技的发展。要加大对不同技术的集成性研究,开展集成性技术研发首先要求是对于微小原子、粒子进行可控制研究。另一方面,加大对量子材料的研究,继续加大对量子材料相关的科学进行支持,尤其在材料学领域,量子材料与技术的发展密不可分。

6、对生命的再认识

未来几年,加大对生命机理的再研究,尤其从生物分子尺度到整个生态圈层的多角度研究。人类对于生命循环的大尺度和微小尺度的研究一直较为欠缺,在生态系统中,各种生物、非生物与环境互相影响,例如氮元素如何从生物群体进入非生物群体,在整个圈层中如何流向与转变,以及各种元素在生物体基因组是如何转录与翻译,以及如何为细胞提供能量支持,这些问题亟待研究。如何将宏观尺度与微观尺度相结合,进行系统性研究将是下一步资助的重点。

7、中等规模的科研基础设施互通建设

NSF未来将协调沟通将不同维度的实验室设备与成果进行共享与互通。尤其将一些大型实验室(例如国家天文台数据与全国的中小实验室建立对接渠道)与其他研究领域相似的实验室进行数据共享,这样可以避免数据的重复性与效率的提高。

8、NSF面向2026的创新

NSF面向2026科技发展的10个“大思路”,本身就具有创新性,尤其在各个领域基础性的研究。NSF之所以将时间定在2026年是为了纪念美国建国250周年。NSF2026资助设想将超越现有的科学结构和体系。它将重点放在不同学科的交叉点与边界领域进行持续的探索,并在诸多“不可能”的领域进行科学探索。

9、日益增长的跨学科多尺度研究

现今世界,人类面临的诸多挑战,例如人类健康,食物、能源与水之间的关系,宇宙的各个尺度的研究等问题都是非常复杂,一门学科无法解决其中的问题,现今更需要不同学科的交叉与融合,尤其是不同学科思维的碰撞与融合,以刺激更多的创新。NSF近年来在这方面做了很多工作,并且一直支持跨学科研究。

10、继续与其他机构扩大合作

NSF将继续支持教育部门,并不断扩大科学和工程的资助范围,并继续加强与私人机构、企业的慈善机构、联邦机构和科学专业协会进行广范围的合作。

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