潘教峰 范唯唯 冷伏海* 李國鵬 張 鳳 韓 淋 王海名 張超星 楊 帆 王小梅 王海霞 袁建霞 邢 穎 陳 挺

1 中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院 北京 100190

2 中國科學(xué)院大學(xué) 公共政策與管理學(xué)院 北京 100049

當(dāng)今世界，以信息、能源、材料制造和生命技術(shù)為代表的新技術(shù)革命方興未艾，發(fā)明專利數(shù)量激增，深刻地引發(fā)著產(chǎn)業(yè)和社會的變革。利用先進(jìn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對高影響力專利數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析和遴選，對于客觀、快速和深入揭示技術(shù)發(fā)展趨勢，把握國際競爭態(tài)勢，前瞻技術(shù)突破方向等都具有重要意義[1]。

在《2022 技術(shù)聚焦》報告的研制中，基于德溫特創(chuàng)新平臺（Dewent Innovation）最早公開年為 2016—2021年的美國專利商標(biāo)局和歐洲專利局共同尋求保護(hù)的專利，即兩方專利數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)檢索時間為 2022年3月），利用大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)[2]，系統(tǒng)探索專利技術(shù)間隱藏的深層關(guān)聯(lián)關(guān)系及結(jié)構(gòu)特征，形成了 12 293個技術(shù)焦點。依據(jù)專利綜合影響力[3]、專利平均公開年等指標(biāo)，并充分依靠科技領(lǐng)域?qū)＜?、政策專家、?zhàn)略情報專家的綜合研判分析[1]，遴選出基于世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO）4個部類、32個技術(shù)領(lǐng)域[4]排名前 100 的技術(shù)焦點；然后依據(jù)技術(shù)焦點在每個技術(shù)領(lǐng)域綜合影響力得分遴選出 1個重點技術(shù)焦點，共計 32個；之后根據(jù)其在信息、能源、材料制造和生命等領(lǐng)域的重要性，最終確定 20個高影響力的專利技術(shù)焦點進(jìn)行分析解讀。需要說明的是，這些專利技術(shù)的權(quán)屬可能因企業(yè)的兼并、重組、破產(chǎn)等行為而發(fā)生變化，但并不影響技術(shù)的發(fā)展趨勢和焦點方向，具體專利信息以各專利局?jǐn)?shù)據(jù)庫為準(zhǔn)。

1 數(shù)字和智能及應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新占據(jù)半壁江山

在數(shù)字通信方面，反射陣列天線及其制造技術(shù)、自主校準(zhǔn)磁場傳感器等相關(guān)技術(shù)已經(jīng)成為第五代移動通信網(wǎng)絡(luò)（5G）等未來數(shù)字通信技術(shù)的重點核心技術(shù)，是未來電信領(lǐng)域發(fā)展的重要基石[1]。在計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用方面，量子比特發(fā)生與處理器件作為量子計算機(jī)的關(guān)鍵器件受到了各大通信、計算、電子相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)的高度關(guān)注，將在未來高性能計算和通信領(lǐng)域發(fā)揮巨大作用；元宇宙顯示技術(shù)和超高清視頻技術(shù)備受追捧，以不斷滿足數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代廣播電視、音視頻通信和網(wǎng)絡(luò)娛樂等眾多產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域?qū)Χ嗝襟w信息高水平編碼、傳送、呈現(xiàn)等的迫切需求。在半導(dǎo)體和電機(jī)電器技術(shù)方面，三維與非型閃存（NAND Flash）存儲器及其制造方法一直是市場關(guān)注的焦點。在智能機(jī)械方面，移動機(jī)器人自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃、自動駕駛車輛和無人機(jī)自主控制技術(shù)極大地提高了人民生活質(zhì)量，在節(jié)約勞動成本的同時帶來了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。在智能傳感方面，隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，以及手持醫(yī)用成像診斷設(shè)備的日漸成熟，更高性能的超聲波換能器技術(shù)研發(fā)創(chuàng)新活躍，競爭異常激烈。

1.1 量子比特發(fā)生與處理器件

量子比特是量子計算機(jī)的基本信息單元，其數(shù)目可以表述量子計算機(jī)能力水平。與常規(guī)計算機(jī)非 0 即 1 的二進(jìn)制碼不同，量子比特可同時以 0 和 1 的狀態(tài)存在，這使得量子比特?fù)碛斜葌鹘y(tǒng)比特更大的信息存儲能力[5]。量子計算機(jī)將為云計算、人工智能、生物制藥、材料科學(xué)等多個領(lǐng)域帶來顛覆式巨變，發(fā)展?jié)摿薮?。目前，量子計算機(jī)硬件發(fā)展還需要面對的挑戰(zhàn)包括：更好的設(shè)備、高質(zhì)量的量子比特；量子計算機(jī)的互連技術(shù)、快速的量子比特控制和反饋環(huán)路及大量量子比特的錯誤糾正算法。量子計算機(jī)實用性可能還需要 10—15年的時間。

該技術(shù)焦點的 36 件專利大部分為美國企業(yè)所有，如英特爾、IBM、谷歌等公司。中國的京東方科技集團(tuán)股份有限公司、韓國的三星公司、日本的日立公司等有少量專利，一些高等院校和研究機(jī)構(gòu)，如美國芝加哥大學(xué)、日本理化研究所、韓國電子部品研究院及荷蘭代爾夫特理工大學(xué)等也有少量專利。綜合影響力得分最高的專利是美國量子計算公司 Rigetti 提出的具有多個約瑟夫森結(jié)，用于量子計算系統(tǒng)的量子集成電路的量子比特器的制備工藝；其次是荷蘭代爾夫特理工大學(xué)提出的用于在多平面量子處理器中提供直流和微波頻率連接的通孔封裝工藝。其他得分較高的專利聚焦量子材料制備與應(yīng)用。

1.2 元宇宙顯示

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算及 5G 技術(shù)的迅速發(fā)展，虛擬現(xiàn)實、增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)迎來了前所未有的發(fā)展機(jī)遇。以頭戴式設(shè)備為代表的虛擬現(xiàn)實（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實（AR）智能設(shè)備開發(fā)成為近年來領(lǐng)域內(nèi)的熱點。設(shè)備搭載的姿勢跟蹤算法是鏈接“虛擬”與“現(xiàn)實”的橋梁，對設(shè)備效果的質(zhì)量與精度起著決定性作用。目前，美國 Magic Leap 公司、美國 Oculus 公司、日本索尼公司、中國臺灣宏達(dá)國際電子股份有限公司、美國 Valve 公司、韓國三星公司、美國微軟公司，以及中國的北京暴風(fēng)魔鏡科技有限公司、上海樂相科技有限公司、北京蟻視科技有限公司、深圳市虛擬現(xiàn)實科技有限公司、小米科技有限責(zé)任公司等是 AR/VR 技術(shù)研發(fā)、終端產(chǎn)出的主要企業(yè)。

該技術(shù)焦點的 44 件專利重點關(guān)注用于評估和修改視覺處理和感知條件的增強(qiáng)現(xiàn)實顯示系統(tǒng)、跟蹤用戶頭部姿勢或身體姿勢的增強(qiáng)現(xiàn)實顯示系統(tǒng)、在虛擬現(xiàn)實屏幕上顯示內(nèi)容的移動終端，涉及計算機(jī)、電子信息、仿真等多個領(lǐng)域。綜合影響力得分排名前 3 位的專利均來自美國 Magic Leap 公司，分別為：增強(qiáng)現(xiàn)實的系統(tǒng)和方法，用于評估和修改神經(jīng)系統(tǒng)狀況的增強(qiáng)現(xiàn)實顯示系統(tǒng)（包括視覺處理和感知狀況），以及增強(qiáng)現(xiàn)實系統(tǒng)中使用電磁進(jìn)行跟蹤。其他影響力得分較高的專利涉及 AR/VR 顯示系統(tǒng)、姿勢感知與感官交互的算法方案或智能設(shè)備，如用于生成立體、增強(qiáng)和虛擬現(xiàn)實圖像的系統(tǒng)和方法，用真實世界內(nèi)容增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實內(nèi)容，以及具有主動對齊和相應(yīng)方法的增強(qiáng)現(xiàn)實顯示等。

1.3 超高清視頻

隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬的提高和新型顯示設(shè)備的革新，視頻技術(shù)與應(yīng)用正經(jīng)歷一輪從高清到超高清的變革。與高清視頻相比，超高清視頻從空間分辨率、時間分辨率、色彩范圍、動態(tài)范圍和視野范圍等多個維度大幅度提升用戶體驗。隨之而來的是數(shù)據(jù)通量也大幅增加，并帶來兩大方面的技術(shù)挑戰(zhàn)：超高清視頻所需的壓縮效率更高，實時處理超高清視頻的算力需求大幅提升。為此，業(yè)界重點在預(yù)測、變換、高動態(tài)范圍和并行處理技術(shù)等方向開展攻關(guān)。

該技術(shù)焦點的 104 件專利中，有 9個高分專利來自美國高通公司。綜合影響力得分最高的專利提出了一種導(dǎo)出基于仿射運動模型的運動矢量的方法，主要應(yīng)用在超高清視頻編碼方向，是新一代視頻編碼基礎(chǔ)技術(shù)。其他得分較高的專利包括幀內(nèi)預(yù)測技術(shù)、高動態(tài)范圍視頻輔助信息、預(yù)測單元劃分和運動矢量預(yù)測等方向；這些技術(shù)主要用于對超高清視頻進(jìn)行幀內(nèi)和幀間預(yù)測，消除超高清視頻的時空域冗余，進(jìn)而提升超高清視頻的壓縮效率，都屬于超高清視頻編碼的基礎(chǔ)和共性技術(shù)，對于促進(jìn)超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有重要價值。

1.4 反射陣列天線及其制造

近年來，衛(wèi)星通信和微波通信等技術(shù)發(fā)展迅速，天線技術(shù)在其中扮演著極其重要的角色。傳統(tǒng)拋物面天線由于靈活機(jī)動性較差，已無法滿足實際應(yīng)用需求。而反射陣列天線相較于拋物面天線而言具有體積小、質(zhì)量輕的優(yōu)點，且無需復(fù)雜的饋電網(wǎng)絡(luò)，采用空間饋電減小了損耗，正逐漸成為高增益天線領(lǐng)域中的研究熱點。

該技術(shù)焦點的 56 件專利中，中國的華為公司擁有的專利數(shù)量最多；其中，一種介質(zhì)諧振器天線陣列技術(shù)得分最高，其采用陶瓷介質(zhì)諧振器作為輻射單元，相比傳統(tǒng)金屬天線和微帶天線能適應(yīng)更加復(fù)雜的應(yīng)用環(huán)境。其他得分較高的專利還包括美國 Calabazas Creek Research 公司提出的一種用于將射頻直接耦合到 HE11波導(dǎo)中的回旋式回音壁模式耦合器、美國 MMA Design 公司提出的可展開反射陣列天線結(jié)構(gòu)。

1.5 自主校準(zhǔn)磁場傳感器

磁場傳感器是一種可以將磁場及其變化轉(zhuǎn)變成電信號輸出的裝置[6]，現(xiàn)已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)元件。隨著測磁儀的同步發(fā)展，目前已有物理、化學(xué)和生物效應(yīng)等類型的磁場傳感器。自主校準(zhǔn)的磁場傳感器可包含多個校準(zhǔn)電路，能夠通過校準(zhǔn)電路補(bǔ)償傳輸特性因溫度、老化或者機(jī)械壓力等因素所產(chǎn)生的波動。

該技術(shù)焦點的 39 件專利中，美國英特爾公司提出的具有減少判決反饋均衡器采樣器的低功耗高速接收機(jī)綜合影響力得分最高；該高速接收機(jī)設(shè)備由可變增益放大器、采樣器組和時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路組成，其中采樣器組用于根據(jù)時鐘信號對從可變增益放大器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，時鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路用于調(diào)整時鐘信號的相位，使得接收機(jī)性能大幅提高。排名第二的是美國朗格公司提出的一種具有校準(zhǔn)電路和技術(shù)的磁場傳感器，其配有對數(shù)字測量磁場信號和數(shù)字參考磁場信號作出響應(yīng)的校準(zhǔn)電路，以組合數(shù)字測量的磁場信號。

1.6 三維NAND Flash 存儲器

半導(dǎo)體存儲器是信息存儲的核心載體，在集成電路細(xì)分市場中規(guī)模居首[7]。其中，基于 NAND Flash 的固態(tài)硬盤是當(dāng)前主流的外部存儲器，在服務(wù)器、手機(jī)、優(yōu)盤、存儲卡等應(yīng)用中大量使用。NAND Flash 產(chǎn)品主要有平面和三維兩大類。三維 NAND Flash 是將原來 NAND 中二維平面橫向排列的串聯(lián)存儲單元改為垂直排列，通過增加立體層數(shù)，解決平面上難以微縮的工藝問題，從而達(dá)到既能提高單位面積的存儲密度，又能改善存儲單元性能的目的[8]。

該術(shù)焦點的 7 2 件專利重點關(guān)注三維 N A N D Flash 存儲器的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造方法；此外，還有少量其他存儲器相關(guān)專利，如垂直結(jié)構(gòu)鐵電存儲器、三維可變電阻式存儲器等。中國臺灣旺宏電子股份有限公司提出的三維水平溝道全環(huán)繞柵極 NAND Flash 結(jié)構(gòu)及其制造方法綜合專利影響力得分最高，其設(shè)計的閃存單元結(jié)構(gòu)既可以在單一的二維陣列中實現(xiàn)，也可以作為三維存儲器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，同時制造方法和陣列結(jié)構(gòu)也可以應(yīng)用于其他類型的存儲器。排名第 2—4 位的專利都來自美國閃迪公司，包括在字線堆疊內(nèi)采用應(yīng)力補(bǔ)償層的三維存儲器、利用包含犧牲填充材料的空腔制造多級存儲器堆疊結(jié)構(gòu)的方法，以及抑制支撐開口中外延生長的方法和在支撐開口中采用非外延支撐柱的三維存儲器。

1.7 三維成像激光雷達(dá)

隨著無人駕駛汽車的發(fā)展，成像激光雷達(dá)成為輔助駕駛的一種有效解決方案，吸引了一大批國內(nèi)外公司積極布局。對于自動駕駛來說，先由激光雷達(dá)與視覺感知技術(shù)深度融合，再結(jié)合人工智能技術(shù)對視覺傳感器看到的圖像進(jìn)行語義分割、識別，然后利用激光雷達(dá)對分割后的圖像區(qū)域進(jìn)行選擇性測距，可提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，將成為這一領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展方向[9]。

該技術(shù)焦點的 32 件專利中，綜合影響力得分排名前 3 位的專利均來自美國 Velodyne 激光雷達(dá)公司，包括用于便攜式設(shè)備的緊湊型激光雷達(dá)系統(tǒng)、基于一維光發(fā)射器二維掃描的三維成像激光雷達(dá)，以及具有不同脈沖重復(fù)頻率的三維成像激光雷達(dá)。其他得分較高的專利還包括：美國 OEwave 公司開發(fā)的多脈沖三維成像激光雷達(dá)測量方法與系統(tǒng)、美國激光雷達(dá)制造商 Ouster 公司提出的多像素掃描激光雷達(dá)等。

1.8 無人機(jī)自主控制

無人機(jī)系統(tǒng)自主控制是指無需人為干預(yù)，系統(tǒng)通過在線環(huán)境感知和信息處理，自主生成優(yōu)化的控制策略，完成各種任務(wù)，具有快速而有效的任務(wù)自適應(yīng)能力[10]。關(guān)鍵技術(shù)包括無人機(jī)自主智能控制和自主決策、無人機(jī)自主路徑規(guī)劃、無人機(jī)容錯和可重構(gòu)控制，以及多無人機(jī)協(xié)同等技術(shù)?？刂瓶茖W(xué)和人工智能等技術(shù)的突破以及在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得無人機(jī)的穩(wěn)定性、機(jī)動性、自主性大幅提升，交互性愈發(fā)友好，造價也日益低廉，應(yīng)用場景不斷拓展。隨著新一輪信息技術(shù)的發(fā)展，無人機(jī)技術(shù)也迎來了快速發(fā)展的新機(jī)遇，將人工智能技術(shù)應(yīng)用于無人機(jī)領(lǐng)域成為當(dāng)下的研究熱點。

該技術(shù)焦點的 26 件專利中，綜合影響力得分最高的專利由美國 AirMap 初創(chuàng)公司提出，其描述了一種通過控制飛行路徑來限制無人機(jī)進(jìn)入特定空域的方法。美國高通公司提出的一種用于自主控制運輸無人機(jī)的處理器得分也較高；該處理器可以控制運輸無人機(jī)以使飛行器在測試區(qū)域內(nèi)執(zhí)行低高度近程飛行測試機(jī)動，評估自主控制運輸無人機(jī)是否具備運行條件并根據(jù)測試結(jié)果開展響應(yīng)行動，如調(diào)整有效載荷的位置、負(fù)重，以及無人機(jī)飛行計劃等。

1.9 移動機(jī)器人自主導(dǎo)航與路徑規(guī)劃

移動機(jī)器人技術(shù)是國家工業(yè)化和信息化進(jìn)程中的關(guān)鍵技術(shù)和重要推動力，為研究復(fù)雜智能行為的產(chǎn)生、人類思維的探索提供了有效工具和平臺。移動機(jī)器人的導(dǎo)航即機(jī)器人通過傳感器感知環(huán)境與自身狀態(tài)，實現(xiàn)在障礙物環(huán)境中面向目標(biāo)的自主運動[11]，其本質(zhì)是要移動機(jī)器人回答“我在哪？”“我要去哪？”“我怎么去？”等問題[12]。歐美國家在移動機(jī)器人研發(fā)方面起步較早且技術(shù)布局全面。美國國家航空航天局的“機(jī)遇號”和“勇氣號”火星車運用了視覺同步定位與地圖構(gòu)建（SLAM）技術(shù)，通過安裝在頂部的雙目視覺攝像頭實現(xiàn)了高精度的自主定位導(dǎo)航并進(jìn)行路徑規(guī)劃[13]。中國企業(yè)也正在積極研發(fā)相關(guān)技術(shù)，小米科技有限責(zé)任公司在掃地機(jī)器人中應(yīng)用了基于激光雷達(dá)的 SLAM 技術(shù)，可以更快速地構(gòu)建更精準(zhǔn)的室內(nèi)二維地圖。

該技術(shù)焦點的62件專利中，美國Brain Corporation機(jī)器人技術(shù)公司提出的3件專利綜合影響力得分相對較高，分別是：機(jī)器人生成與自身環(huán)境相關(guān)聯(lián)的成本地圖進(jìn)行路徑規(guī)劃的方法，確定自主導(dǎo)航機(jī)器人與初始化對象相對位置的方法，以及移動機(jī)器人自主導(dǎo)航動態(tài)路徑規(guī)劃系統(tǒng)和方法。

1.10 自動駕駛車輛控制

自動駕駛是當(dāng)前人工智能技術(shù)最重要的落地場景之一，助力構(gòu)建新型智能交通運輸體系，并逐步成為全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的焦點領(lǐng)域，有望改變未來交通運輸系統(tǒng)形態(tài)。車輛控制作為保障自動駕駛安全舒適性的最后一道屏障，是自動駕駛技術(shù)中涉及性能需求多目標(biāo)、被控對象非線性、安全車距硬約束等問題的關(guān)鍵技術(shù)。

該技術(shù)焦點共包含110件專利，綜合影響力得分排名前 3 位的專利均出自美國好事達(dá)保險公司。車輛控制權(quán)發(fā)生變化的自動駕駛技術(shù)“新車險”，促使車輛保險公司積極通過新技術(shù)開發(fā)及保險模式創(chuàng)新應(yīng)用，以應(yīng)對未來自動駕駛車輛普及和“保險制造一體化”所帶來的行業(yè)變革。好事達(dá)保險公司提出的 3 件高分專利技術(shù)分別是：用于分析歷史事故信息以調(diào)整自動駕駛車輛行駛路線及駕駛控制以避免發(fā)生事故的方法；使用實時信息以提高自動駕駛車輛安全性并緩解路線風(fēng)險的車輛控制系統(tǒng)和方法；用于非安全行駛區(qū)域提醒駕駛員切換自動駕駛車輛駕駛模式的車輛控制技術(shù)。該技術(shù)焦點其他專利大多來自日本豐田汽車公司、美國高通公司、美國谷歌公司、中國百度公司、德國大眾汽車、中國滴滴出行科技有限公司、德國寶馬汽車公司、德國博世有限公司等傳統(tǒng)車企、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和高科技公司。

1.11 微機(jī)械超聲波換能器

超聲波換能器是實現(xiàn)聲能和電能相互轉(zhuǎn)化的部件，既可以把電能轉(zhuǎn)換為聲能，又可以把聲能轉(zhuǎn)換為電能，其品質(zhì)的優(yōu)劣可影響到整個超聲系統(tǒng)的性能，是自動駕駛汽車倒車、泊車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中不可或缺的部件。微機(jī)械超聲波換能器主要有壓電式和電容式兩種類型。前者具有重量輕、體積小、成本低、可靠性高的優(yōu)點，在實現(xiàn)智能化和集成電路（IC）集成上有著明顯優(yōu)勢。后者具有價格低廉、寬頻帶、可高密度陣元集成制造、微型化、易于集成等優(yōu)勢，愈發(fā)受到業(yè)界關(guān)注。

該技術(shù)焦點的 29 件專利中，美國 InvenSense 公司提出的一件關(guān)于腔體內(nèi)具有內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)的壓電微機(jī)械超聲波換能器（PMUT）裝置的制備工藝綜合影響力得分最高。美國掌上超聲供應(yīng)商 Butterfly 公司擁有的專利數(shù)最多，提出了 3 件與電容式微機(jī)械超聲波換能器相關(guān)的專利技術(shù)：利用薄膜將換能器腔密封的技術(shù)；包含可隔絕換能器導(dǎo)電層的絕緣層制備工藝的電容式微機(jī)械超聲波換能器的制造工藝；包括膜、底部電極和布置在膜和底部電極之間的多個空腔的超聲波換能器的制備工藝。

2 先進(jìn)用戶端儲能和輸能技術(shù)創(chuàng)新步伐加快

在儲能技術(shù)方面，固態(tài)鋰電池因其在安全性和能量密度等方面具備的潛在優(yōu)勢，可廣泛應(yīng)用在電動汽車和大規(guī)模儲能等領(lǐng)域，對于減少碳排放和空氣污染有著重要意義。在輸能技術(shù)方面，多負(fù)載無線電能傳輸技術(shù)作為無線電能傳輸中的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)廣泛用于移動設(shè)備、智能家居、植入式醫(yī)療等領(lǐng)域。

2.1 固態(tài)鋰電池

固態(tài)電解質(zhì)材料是固態(tài)鋰電池的關(guān)鍵核心技術(shù)，在很大程度上決定了固態(tài)電池的各項性能。當(dāng)前，產(chǎn)業(yè)界存在兩種固態(tài)電池研發(fā)路線：直接研發(fā)全固態(tài)電池；由半固態(tài)電池過渡到全固態(tài)電池。雖然前者的產(chǎn)業(yè)化尚遙遙無期，但后者在新能源汽車中的產(chǎn)業(yè)化已經(jīng)開始，有望在未來幾年中加速實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。

該技術(shù)焦點的 253 件專利中，綜合影響力得分最高的專利是日本京瓷公司和美國 24M 公司于 2016年提出的半固態(tài)電極中正極材料的預(yù)鋰化技術(shù)；該技術(shù)可極大簡化電池生產(chǎn)工藝，將成本降低至少 40%，能量密度提高 10%。兩家公司于 2019年合作研發(fā)的半固態(tài)電池正式發(fā)布，并于 2020年實現(xiàn)規(guī)模量產(chǎn)。韓國三星電子公司提出的多孔金屬有機(jī)骨架復(fù)合材料技術(shù)，以及應(yīng)用于半固態(tài)電池的非氟代醚和氟代醚復(fù)合物電解質(zhì)等專利得分也相對較高。

2.2 多負(fù)載無線電能與信息同步傳輸

自 2007年美國麻省理工學(xué)院提出磁耦合諧振式無線電能傳輸技術(shù)以來，全球范圍內(nèi)再次掀起了對無線電能傳輸技術(shù)的研究熱潮。目前，大多數(shù)無線電能傳輸系統(tǒng)的供電對象都是以單個負(fù)載為主，但礙于其系統(tǒng)利用率低、位置敏感等缺點，已經(jīng)無法滿足人們的需求，多負(fù)載無線電能因此成為無線電能傳輸技術(shù)的熱點，并廣泛用于移動設(shè)備、智能家居、植入式醫(yī)療等領(lǐng)域。

該本技術(shù)焦點的 45 件專利中，綜合影響力得分最高的專利是美國路創(chuàng)電子公司提出的一種響應(yīng)用戶和移動設(shè)備位置的負(fù)載控制系統(tǒng)；該系統(tǒng)通過移動設(shè)備的位置和預(yù)設(shè)數(shù)據(jù)來傳送控制命令，能夠提高資源利用率，節(jié)約能源。排名第 2 位的專利來自美國 Ossia 公司提出的一種無線供電環(huán)境中的能量傳輸調(diào)制方法與設(shè)備，其可在各種傳輸條件下積累關(guān)于充電環(huán)境和環(huán)境中不同區(qū)域傳輸效率數(shù)據(jù)。其他高分專利還包括：美國 Energous 公司提出的關(guān)于無線充電系統(tǒng)和方法，中國華為公司提出的按需計費網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)控制用戶流量方法和裝置，以及美國 Interdigital Holdings 公司提出的使用擴(kuò)展非連續(xù)接收（DRX）的系統(tǒng)增強(qiáng)功能專利。

3 高端與先進(jìn)材料制造技術(shù)應(yīng)用創(chuàng)新范圍廣闊

在表面技術(shù)和涂層方面，等離子體技術(shù)由于性能優(yōu)越、應(yīng)用范圍廣泛，是半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，技術(shù)創(chuàng)新活躍，眾多巨頭企業(yè)爭相布局，競爭異常激烈。在材料成型及控制方面，隨著全球興起新一輪數(shù)字化制造浪潮，3D 打印市場規(guī)模增長迅速且應(yīng)用范圍愈發(fā)廣泛，激光熔覆 3D 打印技術(shù)不斷突破創(chuàng)新，發(fā)展空間巨大。在動力機(jī)械部件設(shè)計方面，發(fā)動機(jī)熱端部件冷卻與熱障涂層因其較高的技術(shù)壁壘，市場仍由主要傳統(tǒng)廠商壟斷，技術(shù)創(chuàng)新持續(xù)受到關(guān)注。

3.1 等離子體發(fā)生與應(yīng)用

等離子體常被視為是固、液、氣外物質(zhì)存在的第四態(tài)，在機(jī)械加工、制備新物質(zhì)、處理物體表面和聚酯織物、消毒滅菌等方面有著廣泛應(yīng)用。半導(dǎo)體工業(yè)是等離子體發(fā)生器應(yīng)用最多的行業(yè)——在半導(dǎo)體芯片的制備過程中，約有 1/3 的工序要使用等離子體技術(shù)。等離子體發(fā)生器是超大規(guī)模集成電路制造工藝的關(guān)鍵核心處理設(shè)備，而超大規(guī)模集成電路已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志[14]。

該技術(shù)焦點共包括 48 件專利，其中綜合影響力得分最高的 2 件專利均為美國企業(yè)所有。美國艾瑪斯丹技術(shù)公司提出了利用等離子體技術(shù)將金屬氫化物原料熔融、脫氫及球化進(jìn)而制備金屬球狀粉末產(chǎn)品的方法和系統(tǒng)；美國電池制造商 Lyten 提出了具有微波等離子體反應(yīng)器和多級氣固分離系統(tǒng)的微波化學(xué)處理（如烴類氣體）系統(tǒng)的設(shè)計方案。其他得分較高的專利內(nèi)容涉及半導(dǎo)體芯片、等離子體源發(fā)生裝置、等離子體醫(yī)療裝置、等離子體技術(shù)在材料制備領(lǐng)域的應(yīng)用等。

3.2 激光熔覆年3D年打印

激光熔覆是一種金屬表面改性技術(shù)，可以顯著改善基體材料表面耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性。隨著“中國制造—2025”的不斷推進(jìn)，激光熔覆3D打印技術(shù)突破了原有技術(shù)瓶頸，可以在工件上打印出宏觀尺度特征結(jié)構(gòu)，且大幅降低工件制造系統(tǒng)復(fù)雜性和生產(chǎn)成本，縮短制作周期和產(chǎn)品上市時間。與此同時，針對當(dāng)前激光熔覆 3D 打印技術(shù)應(yīng)用中存在的成本問題、工藝參數(shù)易波動、零件質(zhì)量穩(wěn)定性不佳等挑戰(zhàn)，業(yè)界也積極借助高新專利技術(shù)解決工程制造中的技術(shù)難點，以期產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益與應(yīng)用價值。

該技術(shù)焦點的 47 件專利中，綜合影響力得分最高的專利是美國牛津性能材料公司提出的一種新型聚合物激光燒結(jié)成形技術(shù)；該技術(shù)可通過高能量激光熔融聚合物粉末沉積，同時燒結(jié)固化粉末聚合物材料并自動層層堆疊，生成致密幾何形狀實體，具有熔覆工藝可控性好、熔覆層及其界面組織致密、晶粒細(xì)小、無孔洞和夾雜裂紋等技術(shù)優(yōu)勢[15]。該公司早在 2013年就使用聚醚材料突破性地實現(xiàn)了人類頭骨 3D 打印，2015年研發(fā)初用于 3D 打印脊柱植入系統(tǒng)的高性能材料，上述 2 項均獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)。

3.3 兩機(jī)熱端器件熱障涂層技術(shù)

熱障涂層相關(guān)研究始于 20 世紀(jì) 50年代，在 20 世紀(jì) 70年代中期獲得突破性進(jìn)展，目前仍是最熱門的涂層種類。熱障涂層主要應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室以及高壓渦輪的熱端零部件，可以有效降低單晶基體在服役時的溫度，使零件持續(xù)保持力學(xué)性能。歐美等國一直高度重視熱障涂層技術(shù)的研究與應(yīng)用，并在基本理論、材料、工藝、設(shè)備等方面取得了長足進(jìn)展。以德國西門子股份公司、美國通用電氣公司和日本三菱重工業(yè)有限公司為代表，在役、在研的先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)和燃?xì)鉁u輪機(jī)熱端零部件均應(yīng)用了熱障涂層技術(shù)。

該技術(shù)焦點的 70 件專利中，德國西門子公司、美國通用電氣公司和美國聯(lián)合技術(shù)公司提出的專利數(shù)量較多，且專利綜合影響力相對較高。德國西門子公司提出一種具有裂紋隔離工程化表面特征件的渦輪部件熱障涂層，其工程化表面特征件有助于錨固熱障涂層并且/或者局部化由一個或者多個工程化表面特征件界定的裂紋。美國通用電氣公司提出耐火層之間的熔融硅粘結(jié)涂層，用于陶瓷基質(zhì)復(fù)合物附接的裝置和系統(tǒng)，使用 Laves 相析出在 IN706 中的晶粒細(xì)化等專利。

4 智能、基因和新材料不斷深化臨床應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新

在醫(yī)藥和生物技術(shù)方面，腫瘤和乙肝等嚴(yán)重危害人類健康的全球性疾病的治療方案和藥物研究備受眾多生物醫(yī)藥企業(yè)追捧，生命科技領(lǐng)域關(guān)鍵核心技術(shù)之一的核苷酸測序方法亮點紛呈。小分子靶向藥物成為腫瘤治療的熱點，新方法、新靶點、新策略不斷涌現(xiàn)。吡啶類、嘧啶類等小分子雜環(huán)藥物作為乙肝表面抗原（HBsAg）抑制劑成為乙肝治療的潛力靶點，備受關(guān)注。在醫(yī)療器械方面，智能化吻合器市場呈現(xiàn)出被領(lǐng)域巨頭明顯壟斷的特征。

4.1 腫瘤伴隨診斷方法與試劑

美國最早正式提出伴隨診斷概念并進(jìn)行監(jiān)管，指出伴隨診斷產(chǎn)品是能為相應(yīng)的治療性產(chǎn)品安全有效使用提供關(guān)鍵信息的體外診斷產(chǎn)品。為確保腫瘤患者靶向用藥安全和治療效果，伴隨診斷在抗腫瘤藥物研發(fā)和應(yīng)用中大放光彩，并成為腫瘤精準(zhǔn)個性化醫(yī)療的基石和強(qiáng)勁助力。在產(chǎn)品需求、技術(shù)發(fā)展和政策支持等多因素共同驅(qū)動下，伴隨診斷市場呈現(xiàn)井噴式增長。美國食品藥品監(jiān)督管理局已經(jīng)批準(zhǔn)的 145 項伴隨診斷產(chǎn)品，幾乎均為腫瘤伴隨診斷產(chǎn)品。中國廈門艾德生物醫(yī)藥科技股份有限公司、廣州燃石醫(yī)學(xué)檢驗所有限公司、北京泛生子基因科技有限公司等研發(fā)的肺癌、結(jié)直腸癌、乳腺癌等腫瘤伴隨診斷產(chǎn)品也已獲批上市。隨著靶向藥物研發(fā)加速、新的標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)、檢測技術(shù)平臺革新，腫瘤伴隨診斷市場將持續(xù)擴(kuò)容。

該技術(shù)焦點的 106 件專利主要來自創(chuàng)新型生物制藥和診斷公司，如分子診斷領(lǐng)域 GoPath Laboratories、Opko Diagnostics，液體活檢領(lǐng)域 Epic Sciences、Liquid Biopsy Research 等。其中不乏具有里程碑意義的研究。例如，美國百時美施貴寶公司的專利公開了 LAG-3/PD-1 聯(lián)合腫瘤免疫療法的方法，其采用免疫組織化學(xué)方法檢測多種組織樣本中 LAG-3 基因表達(dá)情況，用以輔助鑒別適宜該療法的患者。2022年3月，該療法獲批上市，用于治療 12 歲以上不可切除或轉(zhuǎn)移性黑色素瘤，也一舉讓 LAG-3 成為免疫抑制劑領(lǐng)域新秀。

4.2 智能外科吻合器

吻合器是代替手工縫合的外科器械，能在縫合患者傷口的同時切除多余組織，具備高效簡便、適應(yīng)性強(qiáng)、并發(fā)癥少、成功率高等優(yōu)點，備受臨床青睞；目前，吻合器全球市場規(guī)模超 40 億美元，未來 5年有望沖擊 100 億美元。美國強(qiáng)生公司旗下愛惜康公司和美國美敦力公司旗下柯惠醫(yī)療兩大吻合器市場巨頭占據(jù)主導(dǎo)地位，國產(chǎn)品牌眾多但尚未形成規(guī)模化發(fā)展格局。吻合器智能化、電動化是有效提高其安全性和規(guī)范化的發(fā)展方向。例如，美國柯惠公司 Signia 智能吻合平臺搭載智能芯片聯(lián)動傳感器技術(shù)，可自動識別和計算組織厚度，通過顯示屏實時反饋進(jìn)行人機(jī)交互，提醒醫(yī)生調(diào)整操作力度與速度；美國直覺外科公司研發(fā)的搭載 SmartFire 技術(shù)的 SureForm 新型吻合器可自動調(diào)整發(fā)射過程以優(yōu)化縫合線。

該技術(shù)焦點的 212 件專利中，綜合影響力得分排名前 14 的專利均來自美國愛惜康公司；其公開了吻合器智能化改進(jìn)技術(shù)，包括鉗口智能控制、閉合行程減少、非對稱擊發(fā)、關(guān)節(jié)運動閉鎖等。其余高分專利也來自美國的愛惜康和柯惠兩家公司，進(jìn)一步穩(wěn)固二者在吻合器市場的優(yōu)勢地位。

4.3 核苷酸測序

20 世紀(jì) 70年代的第一代測序技術(shù)成功助力“人類基因組計劃”實施；20 世紀(jì)末 21 世紀(jì)初的第二代 DNA 測序技術(shù)為各種精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)項目的實施提供保障；目前核苷酸測序技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到了第三代，具有讀長和單分子測序優(yōu)勢。而未來第四代測序技術(shù)的基本標(biāo)志是不經(jīng)過 cDNA，無聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）擴(kuò)增，直接測定單分子 RNA 序列，以及確定單分子 RNA 上的修飾核苷酸位點。美國 Illumina 公司持續(xù)獨占核苷酸測序市場鰲頭，自其推出 HiSeq X 測序平臺以來，大幅度降低了基因測序的成本，即使是研究級全基因組測序的成本一直穩(wěn)定在 1 000 美元左右。

該技術(shù)焦點的 54 件專利大部分由美國機(jī)構(gòu)所擁有。綜合影響力得分最高的是美國生命科學(xué)技術(shù)公司 10X Genomics Inc 提出的一種對單個細(xì)胞或細(xì)胞群（如癌細(xì)胞和免疫系統(tǒng)細(xì)胞）的核酸分子進(jìn)行分析和表征的方法和系統(tǒng)，通過對單個細(xì)胞或細(xì)胞群的內(nèi)容物進(jìn)行分區(qū)來分析單個細(xì)胞或細(xì)胞群。其他得分較高的專利包括：美國哈佛學(xué)院提出的一種全基因組數(shù)字?jǐn)U增方法和擴(kuò)增 DNA 以維持甲基化狀態(tài)的方法，美國Twist Bioscience 合成生物學(xué)公司提出的具有可控化學(xué)計量比的多核苷酸庫及其合成方法及核酸雜交的多核苷酸、試劑和方法等。

4.4 小分子雜環(huán)腫瘤藥物

惡性腫瘤（癌癥）是嚴(yán)重威脅人類健康的主要公共衛(wèi)生問題，其本質(zhì)是基因表達(dá)異常引起細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的失調(diào)而導(dǎo)致細(xì)胞無限增殖，而與腫瘤發(fā)生、發(fā)展、侵襲、轉(zhuǎn)移和凋亡密切相關(guān)的分子、基因可作為候選抗腫瘤藥物的靶點。自酪氨酸激酶抑制劑甲磺酸伊馬替尼于 2001年批準(zhǔn)上市以來，小分子靶向抗腫瘤藥物已成為抗腫瘤藥物的研發(fā)主流[16]。截至 2020年12月，已有 89種小分子靶向抗腫瘤藥物獲得美國食品藥品監(jiān)督管理局和/或中國國家藥品監(jiān)督管理局的批準(zhǔn)，數(shù)以千計的靶向藥物正在進(jìn)行癌癥治療的臨床試驗。

該技術(shù)焦點的 86 件專利中，有 60% 來自美國的制藥公司和相關(guān)機(jī)構(gòu)，高影響力專利集中在利用新型靶點、新型技術(shù)和創(chuàng)新的抗腫瘤策略開發(fā)的小分子雜環(huán)化合物，特別是靶向 RAS 原癌基因突變的一類小分子雜環(huán)藥物。美國 Araxes 制藥公司擁有 10 件專利藥物；該公司基于對喹唑啉結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)優(yōu)化，形成了一系列包括 ARS-1620 在內(nèi)的潛在藥物結(jié)構(gòu)。近年 Araxes 公司在專利中公開的藥物結(jié)構(gòu)豐富了稠合雙環(huán)部分的種類，加長了連接兩端的中間鏈狀部分的長度，使骨架結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，可選的取代位點進(jìn)一步增多，以更加靈活的構(gòu)象來結(jié)合底物或受體。美國安進(jìn)公司提出了 2個靶向 KRAS G12C 的抑制劑，其結(jié)構(gòu)均與該公司已上市的 AMG 510 相近，都是以丙烯酰胺為親電集團(tuán)，并以哌嗪連接多種多取代、多構(gòu)象的稠合雜環(huán)結(jié)構(gòu)。美國 Mirati Therapeutics 公司開發(fā)的 KRAS G12C 抑制劑結(jié)構(gòu)的特征是丙烯酰胺親電基團(tuán)與 1個四元雜環(huán)共享 1個氮原子，并通過這個四元氮雜環(huán)與多個稠合雜環(huán)部分連接。

5 結(jié)論

本文使用大數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)等先進(jìn)數(shù)據(jù)分析技術(shù)對高影響力專利聚類形成技術(shù)焦點，定量挖掘和定性解讀結(jié)合，情報分析和專業(yè)研判結(jié)合，實現(xiàn)了對當(dāng)前申請保護(hù)的技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展趨勢和重點方向分析研判。無論是《2022 技術(shù)聚焦》報道的 100個技術(shù)焦點，還是重點解讀的 32個重點技術(shù)焦點，再到 20個高影響力專利技術(shù)焦點的遴選，以及對其數(shù)據(jù)分析解讀和技術(shù)焦點方向概況和專家咨詢中，都得出一些共識：① 這些技術(shù)焦點均是某個當(dāng)前或未來產(chǎn)業(yè)技術(shù)的攻關(guān)“難點”和“痛點”，或稱為“核心關(guān)鍵技術(shù)”，或為“未來產(chǎn)業(yè)制高點技術(shù)”。② 大多數(shù)技術(shù)焦點均表明科技發(fā)達(dá)且處于產(chǎn)業(yè)鏈高端的國家具有優(yōu)勢。因為，無論從技術(shù)焦點內(nèi)高影響力專利數(shù)量，還單個專利影響力得分，都是這些國家居高。③ 這些技術(shù)焦點中的專利發(fā)明人或權(quán)利人的機(jī)構(gòu)屬性均是產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的翹楚。以上共識都表明這項工作在“分析研判世界產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展趨勢和重點方向”方面的意義。

致謝 本文還得到了北京大學(xué)深圳研究生院王榮剛，山東理工大學(xué)白如江，中國科學(xué)院工程熱物理研究所杜強(qiáng)，北京理工大學(xué)楊松，東北大學(xué)陳杰，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)吳廣楓，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書館周麗英，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院邊文越、周波，中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)信息研究所李贊梅，山東理工大學(xué)孫震等的幫助。