2.2 Top3工程研究前沿重点解读
2.2.1 低成本高效率钙钛矿太阳能电池的产业化（可点击链接）
2.2.2 工业废气的深度净化与资源利用
2.2.3 大尺寸均质化高熵合金制备技术（可点击链接）
随着全球经济快速发展，能源消耗急剧增加，带来了全球化石能源危机及气候变化、环境污染等问题。因此，必须开发清洁及可再生能源，构建清洁低碳、安全高效的能源体系，使其在能源体系中逐渐占据主导地位。然而，可再生能源的高效便捷利用对能源存储提出了严苛的要求，使得能源储存已成为全球发展的重点问题。理想的电能存储技术应该同时具有高能量密度和高功率密度的优点，并且环境友好、经济可行、使用可靠。目前，常用的电能储存装置主要是电池、电化学电容器、电介质储能电容器。相较于前两种电能储存装置，电介质储能电容器拥有功率密度较高、充放电过程智囊、应用电压高等优点，在电力电子、新能源汽车、航空航天和尖端技术等领域显示出巨大的应用前景。目前用于电介质储能电容器的材料主要有陶瓷基材料和聚合物基材料。其中，介电陶瓷具有较大的介电常数、较低的介电损耗、适中的击穿电场、较好的温度稳定性、良好的抗疲劳性能的优点，是储能材料中优秀的候选者。例如，具有高储能密度和高可靠性的电介质储能材料在高能脉冲功率技术等领域有着几乎不可替代的应用。然而，目前报道的有优异储能的介电陶瓷几乎都含有对人体及环境具有极大危害的铅元素，因此，具有高储能密度的无铅新型陶瓷材料成为研究重点。
在新型高性能陶瓷储能材料这一研究领域主要核心方向是具有铁电、反铁电、压电等特性的非线性电介质材料，主要涉及钛酸铋钠基（NA0.5Bi0.5TiO3)、钛酸钡基（BaTiO3）及铌酸银基（AgNbO3）等陶瓷材料。与传统的无铅陶瓷线性电介质相比，其有效储能密度较大，储能效率相对较高。此外，由于无铅介电陶瓷的密度明显小于铅基陶瓷的密度，在相同储能密度的条件下，其更容易满足储能电容器小型化、集成化的要求。但目前大多数的无铅电介质储能陶瓷材料的储能密度还远未达到令人满意的工业应用要求。
目前，高性能的无铅电介质储能陶瓷材料的研究主要聚集于解决提高有效能量密度、储能效率和击穿场强，拓宽温度稳定区间，开发小型化和轻量化陶瓷储能电容器等关键问题。主要涉及以下几个方面：1）开发具有较大有效储能密度及储能效率的新型无铅电介质储能陶瓷材料；2）通过掺杂制备驰豫型反铁电陶瓷材料，获得较高的有效储能密度和储能效率；3）开发新工艺，制备超细陶瓷材料粉体，提高材料的致密度，减小晶粒尺寸，提高介质陶瓷的击穿场强等。新型高性能陶瓷储能材料及电容器开发涉及材料、物理和化学等学科的交叉研究，然而，目前核心研究人员主要集中于铁电、压电和介电材料领域，亟待多学科的深度融合，拓展新的研究路径，开发出高性能、环保型的陶瓷储能材料及器件。
近年来，“新型高性能陶瓷储能材料及电容器”研究的核心论文的主要产出国家及机构分别见表1.2.1和表1.2.2。其中，主要核心论文产出国家中，中国位居第一，核心论文72篇，远远多于美国、英国、澳大利亚等国家。主要核心论文产出机构中，西安交通大学以21篇核心论文位居第一，清华大学、中国科学院以及同济大学次之。由表1.2.3可知， 核心论文施引国排名前三的分别是中国、美国和印度；而表1.2.4表明西安交通大学、中国科学院和清华大学是施引核心论文的主要机构。主要国家、机构间的合作情况见图1.2.1和1.2.2。在相关研究国家中，中国-美国、中国-英国以及中国-澳大利亚的合作最多，美国-英国、美国-澳大利亚等国家也有合作（图1.2.1）。相关机构之间的合作也比较多（图1.2.2）。
表1.2.1 核心论文主要产出国家
表1.2.1 核心论文主要产出机构
表1.2.3 施引核心论文主要产出国家
表1.2.4 施引核心论文主要产出机构
图1.2.1 “新型高性能陶瓷储能材料及电容器”工程研究前沿主要国家间的合作网络
图1.2.2 “新型高性能陶瓷储能材料及电容器”工程研究前沿主要机构间的合作网络
（1）人机协同决策中的人机信任与合作机制研究218当今时代，随着信息技术的快速发展，信息技术已与人类生产、生活深度融合，世界万物呈现互联化，全球数据呈现海量积聚趋势。人机交互逐渐变得无处不在、无时不在，人类与机器正在协同决策！人类智能体现在直觉、推理、经验、学习等方面，机器智能在计算、存储、搜索、优化等方面具有明显优势。虽然，智能机器在某些方面将逐渐拥有类似于人类的智慧和主动认知，以实现快速感知、分析、决策、交流和行为，但是人类智能的机器智能单独都是弱势的，因此将融合人类智能与机器智能逐步形成新的人机混合社会大脑。人类和智能机器关系的转变，将不可避免地催生人类与智能机器共生、博弈和互进的新社会形态。其中，人机协同决策是实现增强人机混合智能的关键技术，旨在人类和机器进行交互、学习、协同决策，发挥人类和机器的各自优势，最终实现人类与机器的混合智能。当前，人机协同的研究方面主要包括：部分可观测信息下的人机系统动态建模、人机交互、数据驱动的人机混合自适应学习、不确定环境下基于博弈论的人机协同决策与优化控制、人机协同决策中的人机信任与合作机制等。研究人机协同决策可以融合人类和机器的智慧，为复杂人机工程系统和复杂人机社会系统中的管理与决策场景提供重要技术支撑，具有重要的战略科学意义。1.2.1 人机协同决策中的人机信任与合作机制研究222人机协同决策旨在针对复杂问题研究人机交互的作用规律以及传导机制和人机智能协同决定方法。其特点体现在从完全信息到不完全信息、从集中式结构到分布式结构、从最优化思维到博弈思想。人机协同决策在国家社会治理、复杂工程与管理、社会生态、国防军事具有显著的交叉和丰富的应用，包括医疗健康、智能制造、企业管理、智能教育、公共安全以及交通汽车等。下面从人机交互、人机协同决策、人机信任机制三个角度进行更加深度的分析。当前人机交互（human-computer interaction，HCI）技术的快速发展对人类生活和社会产生深远影响。人机交互技术结合了人类的灵活性、感知和智能，以及机器的可重复性和精度，为协作框架提供了优势，可以提高效率、灵活度和生产力，同时降低人的压力和工作量，更加符合人体工程学。是期的人机交互技术研究主要集中在远程操作、智能辅助设备上。特定的协作机器人能够与人类共享工作空间，并与之进行物理接触。近年来，人机交互技术研究涉及人类和机器的安全、协作、教学系统、模仿学习系统、视觉引导、语音交互、触觉和物理人机交互、人类-机器人的任务规划与协调、演示学习、多模态通信框架、认知系统、人机交互过程中的生活和心理研究等。人机协同决策是通过优化人类与机器之间的关系，促进人类与机器的相互协同，人类和机器能够发挥各自的智慧，完成人机决策分工与执行，实现人类和机器优势互补、扬长避短、是对人类行为和智能的延伸与拓展。目前，人机协同决策研究主要涉及协同感知、协同认知和协同规划与控制等基础理论研究，其应用场景包括康复医学、人机共驾、企业管理等。人机协同决策能够有效地分配人类与机器的任务，优化人机系统的性能，实现人类与机器的共商和共融。人机信任机制研究是为了在人类与机器合作的过程中，让机器能够感知并响应人类的信任，挖掘信任对人类和机器协作的影响。信任本身包括三个方面：性格信任、情境信任、学习信任。性格信任是基于人类的特征，如文化、性别、年龄和个性。情况信任包括人类外部因素（如任务难度）和人类内部因素（如领域知识）。学习信任是基于智能机器经验的积累，并影响人类的初始思维方式。近年来，该领域主要利用进化博弈论、统计方法、人工智能方法，研究面向控制的动态人类信任行为模型、信任的进化与更新、动态的人类动态信任行为模型、人类信任行为预测、基于信任的策略、任务协作安全性，还有学者研究影响人机信任的因素，并将信任作为人机协同决策的指标。“人机协同决策中的人机信任与合作机制研究”工程研究前沿中核心论文数量排名前三的国家分别是美国、德国和中国（见表1.2.1），核心论文主要产出机构为帕特雷大学、维也纳工业大学和奥胡斯大学等（见表1.2.2）。从核心论文主要产出国家合作网络（见图1.2.1）来看，美国、中国、德国之间的合作较多，从核心论文主要产出机构来看，奥胡斯大学、维也纳工业大学、亚历山德拉研究所，哥本哈根信息技术大学和默里克大学合作较为紧密（见图1.2.2）。由表1.2.3可以看出，美国的施引核心论文数量排名第一。由表1.2.4可以看出，排名靠前的机构是华东理工大学、伦敦大学学院和上海科技大学。本视频来自微信公众号人机与认知实验室，版权属作者所有，一并感谢！
关于报告
中国工程院启动“全球工程前沿”研究。研究围绕中国工程院9 个学部，依托“1+9+1”系列院刊，凝炼工程研究前沿和工程开发前沿，并重点解读其中关键的27个工程研究前沿和27个工程开发前沿，每年以中英文形式向全球发布年度报告，旨在研判未来科技发展方向，发挥学术引领作用，引导工程科技创新。全球工程前沿研究以数据分析为基础，以专家研判为依据，遵从定量研究与定性研究相结合、数据挖掘与专家论证相佐证、工程研究前沿与工程开发前沿并重的原则，尤其注重数据与专家的多轮深度交互，综合集成、逐步迭代，凝练出年度全球工程前沿。在数据分析方面，综合利用期刊论文（SCIE 收录）、会议论文和全球专利数据，获得了每个领域工程前沿遴选的基础素材，供专家参考。在专家研判方面，文献情报专家以及领域专家全程参与数据源的补充、前沿方向的提炼和修订，以及重点前沿的解读。全球工程前沿2021中文版 (Engineering Fronts 2021 Chinese Version)
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全球工程前沿2021英文版 (Engineering Fronts 2021 English Version)
http://devp-service.oss-cn-beijing.aliyuncs.com/9047b66293bc4326b15ca9145477fd18/file_1639123738574.pdf