變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題重點專項2017年項目申報指引.doc

附件“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題”重點專項2017年度項目申報指南為落實創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，促進我國變革性技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，按照國家中長期科技發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）部署，根據(jù)國務(wù)院關(guān)于深化中央財政科技計劃（專項、基金等）管理改革的方案，國家重點研發(fā)計劃啟動實施“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題”重點專項。根據(jù)本重點專項實施方案的部署，現(xiàn)發(fā)布2017年度項目申報指南。變革性技術(shù)是指通過科學或技術(shù)的創(chuàng)新和突破，對已有傳統(tǒng)或主流的技術(shù)、工藝流程等進行一種另辟蹊徑的革新，并對經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生革命性、突變式進步的技術(shù)。“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題”重點專項重點支持相關(guān)重要科學前沿或我國科學家取得原創(chuàng)突破，應(yīng)用前景明確，有望產(chǎn)出具有變革性影響技術(shù)原型，對經(jīng)濟社會發(fā)展產(chǎn)生重大影響的前瞻性、原創(chuàng)性的基礎(chǔ)研究和前沿交叉研究（如材料素化、碳基資源催化、超構(gòu)材料、太赫茲科學技術(shù)等方向）。在5類科技計劃中已有布局的研究內(nèi)容不在本專項重復(fù)支持。專項實施周期為5年（2017-2021年）。2017年，變革性技術(shù)關(guān)鍵科學問題重點專項將圍繞化學鍵精準重構(gòu)、超構(gòu)材料、精確介觀測量、新型太赫茲輻射源等方向部署13個研究方向，國撥總經(jīng)費約3.9億元。同一指南方向下，原則上只支持1項，僅在申報項目評審結(jié)果相近，技術(shù)路線明顯不同，可同時支持2項，并建立動態(tài)調(diào)整機制，根據(jù)中期評估結(jié)果，再擇優(yōu)繼續(xù)支持。申報單位根據(jù)指南支持方向，面向解決重大科學問題和突破關(guān)鍵技術(shù)進行一體化設(shè)計。鼓勵圍繞一個重大科學問題，從基礎(chǔ)研究到應(yīng)用研究全鏈條組織項目。鼓勵依托國家重點實驗室等重要科研基地組織項目。項目應(yīng)整體申報，須覆蓋相應(yīng)指南方向的全部考核指標。如無特殊說明，每個項目下設(shè)課題不超過5個，每個項目所含單位數(shù)不超過10家。項目申報需具備相關(guān)研究基礎(chǔ)，并曾獲得國家科技計劃支持且實施效果良好、具有重大應(yīng)用前景。申報項目負責人需具有承擔國家重大科技項目的經(jīng)歷。項目執(zhí)行期一般為5年，申報項目特別需提出明確、有顯示度的5年總體目標和2年階段目標和考核指標（或研究進度）。項目實行“2+3”分段式資助，在項目執(zhí)行2年左右對其目標完成情況進行評估，根據(jù)評估情況確定項目后續(xù)支持方式。1. 電-熱耦合催化能源小分子化學鍵的精準重構(gòu)研究內(nèi)容：能源小分子的活化和轉(zhuǎn)化是化石能源高效利用的核心，常規(guī)轉(zhuǎn)化過程存在高耗能、高耗水、低選擇性等瓶頸；發(fā)展基于電-熱耦合催化分子選鍵活化新方法，促進甲烷和二氧化碳等碳基小分子中碳-氫、碳-氧和碳-碳鍵精準重構(gòu)，實現(xiàn)溫和條件下甲烷無氧活化和轉(zhuǎn)化的變革性方式，發(fā)展甲烷與二氧化碳以及甲烷與煤碳中性轉(zhuǎn)化的原子煉制新過程?？己酥笜耍豪秒妶龅韧鈭黾ぐl(fā)與納米和單原子活性中心催化相耦合，實現(xiàn)溫和條件下甲烷的活化和轉(zhuǎn)化，闡明自由基反應(yīng)和外場增強活化等非常規(guī)甲烷活化機制；突破甲烷利用的傳統(tǒng)方式，與煤轉(zhuǎn)化或二氧化碳轉(zhuǎn)化過程相耦合，實現(xiàn)轉(zhuǎn)化過程的碳、氫、氧自身平衡（碳中性），有效降低碳基能源利用中的二氧化碳排放和水的消耗；發(fā)展外場作用下表界面反應(yīng)的原位表征技術(shù)和方法，對表面催化反應(yīng)的初生產(chǎn)物、中間物種以及過渡態(tài)進行有效探測，實現(xiàn)在原子分子層次上對變革性反應(yīng)過程的理解。2. 數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料 研究內(nèi)容：超構(gòu)材料是物理和信息領(lǐng)域的前沿方向，但現(xiàn)有的基于等效媒質(zhì)超構(gòu)材料屬于模擬體系，很難實時地調(diào)控電磁波。本項目建立數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料新體系，包括：數(shù)字編碼超構(gòu)材料對電磁波近遠場的調(diào)控理論；數(shù)字編碼超構(gòu)材料的信息論操作及數(shù)字信號處理運算；高比特位數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料的設(shè)計方法及物理實現(xiàn)?？己酥笜耍航?shù)字編碼超構(gòu)材料對電磁波近遠場的調(diào)控理論并探索其高效求解方法，挖掘信息論操作和數(shù)字信號處理給數(shù)字編碼超構(gòu)材料調(diào)控電磁波帶來的新物理特征和新應(yīng)用潛力，制備高比特位數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料（編碼切換時間小于30 ms，工作頻率覆蓋X、Ku、Ka波段，編碼狀態(tài)誤差小于10%）；發(fā)展雙頻數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料、各向異性數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料、頻（時）空聯(lián)合數(shù)字編碼超構(gòu)材料、以及幅相聯(lián)合數(shù)字編碼超構(gòu)材料；研制基于數(shù)字信號處理、現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）控制模塊和數(shù)字編碼超構(gòu)材料軟硬件一體化的現(xiàn)場可編程信息系統(tǒng)原型。3. 多能流綜合能量管理與優(yōu)化控制研究內(nèi)容：針對類互聯(lián)網(wǎng)能源網(wǎng)絡(luò)具有的多能協(xié)同互補、多端供需互動、信息能量融合等核心挑戰(zhàn)，突破多能流綜合能量管理與優(yōu)化控制瓶頸問題。包括：特性各異多能流統(tǒng)一建模與多時間尺度狀態(tài)估計；多主體在線多能流分析與動態(tài)安全評估；含高維復(fù)雜約束的多能流動態(tài)優(yōu)化與協(xié)同控制；信息能量融合系統(tǒng)安全機理；多能流綜合能量管理原型系統(tǒng)?？己酥笜耍簶?gòu)建面向類互聯(lián)網(wǎng)能源網(wǎng)絡(luò)的多能流綜合能量管理與優(yōu)化控制理論體系。實現(xiàn)以下關(guān)鍵技術(shù)的原創(chuàng)性或變革性突破：提出冷、熱、電、氣、交通等特性各異多能流統(tǒng)一建模方法，突破多能流多時間尺度狀態(tài)估計技術(shù)；實現(xiàn)多主體在線分布式多能流分析與動態(tài)安全評估技術(shù)；突破含高維偏微分-微分代數(shù)方程組約束的多能流動態(tài)優(yōu)化，實現(xiàn)能量“發(fā)輸配用儲”各環(huán)節(jié)、多主體的互動協(xié)調(diào)；揭示在信息擾動條件（含惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊）下信息能量融合系統(tǒng)的動態(tài)行為特征和安全性機理；提出多能流綜合能量管理的自律協(xié)同算法，研發(fā)多能流綜合能量管理系統(tǒng)原型，涵蓋冷、熱、電、氣、交通等至少3種能源鏈，實現(xiàn)10個以上能量管理自律子系統(tǒng)的協(xié)同互動，能源網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)大于1000個。在典型運行場景下，通過仿真驗證多能流協(xié)同優(yōu)化后綜合用能成本下降8%以上。4. 完整器官三維結(jié)構(gòu)與功能信息的精準介觀測量研究內(nèi)容：針對生物醫(yī)學前沿科學問題，發(fā)展精準介觀測量新原理和方法，突破現(xiàn)有研究手段在大體積樣本中難以進行高分辨率三維測量的瓶頸問題，實現(xiàn)重要器官內(nèi)多維生命科學大數(shù)據(jù)的高精度獲取、重建與可視化。進而，在具有代表解剖結(jié)構(gòu)、組織特征和生理病理狀態(tài)的輔助坐標或注釋中，可視化展現(xiàn)完整器官內(nèi)不同類型細胞的結(jié)構(gòu)與功能圖譜?？己酥笜耍阂酝暾鞴偃S結(jié)構(gòu)與功能信息的精準介觀測量為關(guān)鍵科學問題，通過對通量標記、示蹤、成像與檢測及與之配套的圖像信息處理原理和方法的變革性發(fā)展，建立全新技術(shù)體系，具體包括，1）建立全器官（厘米級生物大樣本）的原位穩(wěn)態(tài)成像檢測方法，具有微米量級的體素分辨和空間定位能力，實現(xiàn)多尺度測量范圍（單個細胞、組織微環(huán)境、結(jié)構(gòu)功能區(qū)等）和多參數(shù)（形態(tài)、表型、轉(zhuǎn)錄組或蛋白組等）并行測量與精準匹配；2）建立活體瞬態(tài)的超高靈敏原位活體成像檢測方法，具有生物組織中重要分子納摩爾（nM）量級的檢測能力；3）海量空間信息的高效并行處理與整合，對大于10 TB高維數(shù)據(jù)進行多維重建與可視化。由此，為在重要器官的細胞綜合圖譜繪制中取得引領(lǐng)性成果提供創(chuàng)新性研究手段。5. 人體器官芯片的精準介觀測量研究內(nèi)容：探索人體器官芯片生化特征介觀測量與表征新原理與方法，從分子、細胞到組織、器官甚至系統(tǒng)的多個層次，建立具有多參數(shù)、多維度、多模態(tài)的高分辨率在線精準檢測手段，以實現(xiàn)對微器官的實時監(jiān)控和對微結(jié)構(gòu)仿生狀態(tài)的客觀評估，并研究器官芯片的模型特征，驗證其與人體組織的相似性，為藥物篩選和疾病治療提供技術(shù)支撐?？己酥笜耍簭姆肿印⒓毎浇M織、器官甚至系統(tǒng)的多個層次，建立可與肝臟、心臟等器官芯片集成的多模態(tài)精準介觀測量與表征全新技術(shù)體系，具體包括：1）發(fā)展在毫米量級的三維空間視場下空間分辨率達到亞細胞量級的快速成像技術(shù)；2）發(fā)展成像范圍在毫米量級的高分辨率多模態(tài)檢測，空間分辨率亞微米水平；3）發(fā)展復(fù)雜環(huán)境下分子水平的超高時空分辨率檢測新技術(shù)，實現(xiàn)對人體芯片中生物表界面的介觀測量；4）發(fā)展三維智能仿生支架材料，原位構(gòu)建人體芯片在線檢測技術(shù)，檢測指標不少于5個。實現(xiàn)對可用于藥物篩選與疾病療效評價的人體組織器官芯片進行示范性的篩選評估。6. 面向智能制造的軟件自動構(gòu)造研究內(nèi)容：研究智能制造系統(tǒng)的領(lǐng)域模型和運行機理，建立面向物聯(lián)制造、定制化柔性生產(chǎn)、供應(yīng)鏈協(xié)同優(yōu)化以及智能服務(wù)的創(chuàng)新型信息化支撐體系架構(gòu)。研究部分知識下的軟件刻畫方法，研究非完備定義下的目標軟件行為推理與預(yù)測方法，研究面向領(lǐng)域的軟件自動構(gòu)造技術(shù)。研究面向智能制造軟件的正確性確保和性能優(yōu)化技術(shù)，為自動構(gòu)造軟件提供可信保障?？己酥笜耍貉兄泼嫦蛑悄苤圃斓能浖詣訕?gòu)造平臺，要求具備領(lǐng)域知識建模的能力，模塊級工業(yè)控制軟件自動構(gòu)造的能力，以及軟件形式化分析與驗證的能力，顯著提高軟件開發(fā)生產(chǎn)力和軟件質(zhì)量。在3-5家制造領(lǐng)域企業(yè)進行示范應(yīng)用，在應(yīng)用企業(yè)實現(xiàn)提質(zhì)增效、轉(zhuǎn)型升級，為本領(lǐng)域服務(wù)型制造業(yè)和生產(chǎn)性服務(wù)業(yè)的變革性發(fā)展做出表率。7. 界面調(diào)控與構(gòu)筑實現(xiàn)材料素化的原理及演示驗證研究內(nèi)容：跨尺度界面（晶界、相界）結(jié)構(gòu)的形成、演化、調(diào)控規(guī)律；界面數(shù)量及分布、結(jié)構(gòu)、成分與材料力學性能和物理性能間的關(guān)系；界面調(diào)控實現(xiàn)高溫合金素化原理驗證；界面調(diào)控實現(xiàn)熱電材料素化原理驗證。通過界面調(diào)控與構(gòu)筑實現(xiàn)材料素化，突破材料發(fā)展過度依賴合金化的瓶頸，減少稀、貴、毒元素的使用，促進回收再利用，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展?？己酥笜耍貉芯烤Ы缯{(diào)控方法以及合金元素在晶界與相界的偏析規(guī)律，在三種典型不同材料中實現(xiàn)材料的低能晶界含量超過50%以上，發(fā)展出高穩(wěn)定性相界控制方法。建立不同類型界面與材料的力學性能、物理性能之間的關(guān)系。圍繞高溫結(jié)構(gòu)素化，在鑄造高溫合金中實現(xiàn)合金不含錸和釕，合金密度8.6g/cm3、高溫強度高于1100/137MPa，持久壽命120h；在變形高溫合金中實現(xiàn)Co含量20%，特殊晶界含量30%，760C的0.2900MPa，760C/480MPa持久壽命450h。降低高溫合金對稀貴資源的依賴，降低高溫合金成本。在Bi2Te3合金體系中通過界面調(diào)控實現(xiàn)現(xiàn)有無機熱電材料優(yōu)值系數(shù)（ZT）值提升20%以上。發(fā)展環(huán)境友好型和資源節(jié)約型新型熱電材料。8. 下一代深度學習理論與技術(shù)研究內(nèi)容：面向泛在（如移動計算）、高風險（如精準醫(yī)療）、高可靠性（如智能交通）等應(yīng)用場景，突破深度學習理論基礎(chǔ)薄弱、模型結(jié)構(gòu)單一、資源消耗過高、數(shù)據(jù)依賴性強的瓶頸。研究下一代深度學習基本理論；非神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、資源節(jié)約型深度學習模型、方法及高效優(yōu)化技術(shù)；適于小樣本/無監(jiān)督樣本、強化/博弈學習的深度學習方法與技術(shù)。 考核指標：針對深度學習模型高度非線性、參數(shù)空間分層且巨大等復(fù)雜特性，建立一套揭示深度學習工作機理的理論框架、形成一組深度學習模型分析工具與方法；研制出一系列基于非神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的新型機器學習模型、方法與技術(shù)，在深度學習模型可解釋性、高擴展性、易配置性上取得突破；提出存儲和計算資源消耗低的多種深度學習模型與方法，設(shè)計快速高效、適用于非凸深度學習訓(xùn)練的新型梯度與非梯度優(yōu)化技術(shù)，大幅提升深度學習技術(shù)部署能力；研制面向小樣本、無監(jiān)督樣本、弱標記樣本、非單標記樣本的深度學習方法與技術(shù)，降低深度學習對于大規(guī)模高質(zhì)量標注數(shù)據(jù)的嚴重依賴；研制多事件觸發(fā)的深度學習模型和技術(shù)，適應(yīng)信息社會的開放環(huán)境和快速涌現(xiàn)的新現(xiàn)象；拓廣深度學習應(yīng)用領(lǐng)域，提出適用于在線學習、強化學習、博弈學習的深度學習方法與技術(shù)。9. 深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的新原理、新結(jié)構(gòu)和新方法研究內(nèi)容：深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已在多種云端和終端應(yīng)用中起到了關(guān)鍵性支撐作用。然而，現(xiàn)有芯片遠遠難以滿足深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的速度和能效需求，有必要探索能高效處理大規(guī)模深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新型處理器的設(shè)計原理、體系結(jié)構(gòu)、指令集和編程語言；探索深亞微米工藝（16nm）及新型器件對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器設(shè)計方法的影響。研制新型深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器芯片，探索全異步特征的極低功耗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)?？己酥笜耍貉兄颇芴幚泶笠?guī)模深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（包含一億神經(jīng)元和十億突觸）的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器樣片。該樣片支持國產(chǎn)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指令集，集成硬件神經(jīng)元/突觸作為其運算部分，支持硬件神經(jīng)元的時分復(fù)用，支持Caffe、TensorFlow和MXNet等主流深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)編程框架，能完成多層感知機（MLP）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、長短時記憶網(wǎng)絡(luò)（LSTM）、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）、生成對抗網(wǎng)絡(luò)（GAN）和更快速的基于區(qū)域的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Faster-RCNN）等主流深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的使用，實測能效和性能超過英偉達圖形處理單元（NVidia GPU）產(chǎn)品M40的20倍。設(shè)計深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的基準測試集，覆蓋語音、圖像和自然語言理解等應(yīng)用。設(shè)計高效的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器核和片上互聯(lián)結(jié)構(gòu)。研制面向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的編程語言、編譯器和匯編器。研制面向深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的驅(qū)動和系統(tǒng)軟件。完成深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器在超過100萬部移動終端中的應(yīng)用部署，實現(xiàn)原來需要云計算才能處理的智能任務(wù)在移動終端本地處理。10. 面向生物醫(yī)學應(yīng)用研究的新型太赫茲輻射源研究內(nèi)容：面向太赫茲波生物效應(yīng)及檢測等生物醫(yī)學應(yīng)用，探索自由電子與新興材料及新型結(jié)構(gòu)互作用產(chǎn)生太赫茲輻射的物理機制，揭示變革性太赫茲輻射的基本規(guī)律，突破傳統(tǒng)太赫茲輻射源的技術(shù)瓶頸，產(chǎn)生寬頻帶可調(diào)諧、大功率、連續(xù)波小型化和具有一定無衍射長度的相干太赫茲輻射?？己酥笜耍貉邪l(fā)出頻段可調(diào)諧、連續(xù)波、室溫工作、瓦級功率輸出、具有一定無衍射長度的相干太赫茲輻射源。11. 類生物體靈巧假肢及其神經(jīng)信息通道重建研究內(nèi)容：圍繞“再造人手功能”的科學目標，探索操作感知一體化類生物體靈巧假肢設(shè)計、制造、神經(jīng)接口編碼解碼算法和神經(jīng)接口硬件系統(tǒng)，及其與神經(jīng)系統(tǒng)的信息通道重建方法，及神經(jīng)智能與人工智能的融合與交互。重點研究基于軟體材料的靈巧假肢機構(gòu)設(shè)計制造原理，神經(jīng)信號的提取與解碼，人手運動信息的神經(jīng)編碼規(guī)律與新一代神經(jīng)控制模型，傳感信號的神經(jīng)傳入機制及假肢的自然感覺功能再造方法，實現(xiàn)閉環(huán)的雙向神經(jīng)接口，完成穩(wěn)定和可以持續(xù)學習改善功能的能力?？己酥笜耍航⒒谥鲃庸δ懿牧系能涹w機構(gòu)設(shè)計、制造與運動控制原理，研發(fā)具有類生物體機械特性的新一代靈巧假肢機構(gòu)；研制神經(jīng)信號的高分辨率無創(chuàng)或植入式微創(chuàng)測量系統(tǒng)，揭示肢體運動信息在神經(jīng)單元中的編碼規(guī)律，建立假肢多自由度運動的神經(jīng)控制模型，實現(xiàn)1015種離散動作模式的準確控制及24個自由度的連續(xù)運動控制；建立非侵入式或植入式微創(chuàng)電觸覺系統(tǒng)的刺激編碼與控制方法，重建假肢