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《科学结构图谱2021》:“人类可持续发展”成全球研究焦点

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  4 月 30 日,中国科学院科技战略咨询研究院发布《科学结构图谱 2021》,以可视化方式展现了 2012 年 - 2017 年科学研究的宏观结合和内在关系,揭示了全球普遍关注的热点研究领域。


  (来源:《科学结构图谱 2021》)

  全球热点研究聚焦于“人类可持续发展”问题

  研究人员发现,人类可持续发展的重大问题是全球热点研究前沿的焦点,许多研究都与能源、环境、人类健康、资源利用等可持续发展问题相关,并出现了 “先进能源”“环境治理”“纳米生命科学”“海洋资源” 以及与能源、环境、生命健康等息息相关的新材料、新器件等热点研究前沿。

  与 2010 年 - 2015 年第二期相比,2012 - 2017 年持续高密度论文区域的研究热点主要包括:量子物理、机器学习、无线通信、粒子物理、有机合成方法、系统与控制、冠心病、表观遗传调控、植物基因调控等。


(来源:DeepTech)

  2012-2017 年期间,高密度热点研究集中在 “肠道微生物”“二维材料”“超材料”“环境治理”“脑结构与功能”“肿瘤免疫治疗”“卫生保健”“天文学” 等。,并出现 97 个新兴热点研究领域。

  中国科学院科技战略咨询研究院研究员王小梅介绍,热点研究领域在医学、生物科学和交叉学科分布较集中,分别有 26 个、13 个和 11 个。

  
图 | 科学结构 2012-2017 (来源:《科学结构图谱 2021》)

  基础科学领域,粒子物理、天文学、量子物理、有机合成方法、气候变化、物理保护、基因编辑、表观遗传调控是持续的研究热点。

  信息技术领域,机器学习、无线通信、系统与控制成为研究热点,随着人工智能、大数据、云计算、移动互联网的快速发展,机器学习从图像处理向深度学习领域转向;随着 5G 通信技术、物联网的发展,通信研究聚焦于蜂窝网络、LTE 高级网络、大数据、毫米波通信、智能电网等研究。

  新材料领域,二维材料与器件、超材料、钙钛矿材料与器件的研究热度较高。其中 “柔性材料与器件”、与纳米生命科学相关的 “有机聚合物材料” 等的发展,带动材料领域正再向个性化、绿色化方向发展。

  新能源技体现了绿色、智能的多元发展,除了持续的 “生物能源” 研究外,新出现了 “先进能源”“页岩气” 等聚集群,包括氢能、燃料电池等先进能源。同时 “有机太阳能电池”“染敏太阳能电池” 等的活跃度有所降低。

  生命科学领域,前沿热点较多,包括 “肠道微生物”“脑结构与功能”“纳米药物”“表观遗传调控”“癌症治疗”“心血管疾病”“肿瘤免疫治疗”“新发病毒传染病”“药物滥用”“卫生保健” 等方面的研究。生物技术研究加速走向临床应用,对基因的编辑、调控等技术快速应用于癌症等的临床研究。

  此外,还有一些新的聚焦热点出现:

  与机器学习相关的 “深度学习”;

  与纳米生命科学相关的 “有机聚合物材料”;

  与天文学和粒子物理相关的 “理论物理”;

  从催化基础研究逐步发展到应用研究的 “先进能源;

  王小梅指出:“目标导向的基础研究与应用研发结合更加紧密,应用性牵引趋势明显,传统意义上的基础研究、应用研究的边界日趋模糊。科学研究与工程结合逐渐向应用转化的研究问题越来越广。”


  图 | 新兴热点研究领域在科学结构图中的分布(来源:《科学结构图谱2021》)

  在新兴热点研究领域中热度最高的分别是 “传染病研究” 类中的 “寨卡病毒”,以及 “肿瘤免疫治疗” 类中的 “黑色素瘤治疗” 研究,分别包含 125 篇和 64 篇论文。

  纳米科技、环境生态领域交叉度最高

  

  图 | 交叉学科领域在科学结构图中的分布(来源:《科学结构图谱2021》)

  研究人员界定,若研究领域中一个学科的核心论文比例小于 60%,该研究领域就属于交叉学科。研究人员发现,纳米科技及环境与生态领域的交叉度最高,其次是智能决策和智能控制。

  其中,纳米科技及环境与生态领域中的交叉学科包括 “钙钛矿材料与器件”“纳米材料”“纳米催化”“储能材料与器件”“纳米生命科学”“环境治理”“生态学”“低碳经济” 等;智能决策和智能控制相关的交叉学科包括 “无线通信与人工智能”“系统与控制” 内的部分研究等。

  此外,临床医学与生物科学的学科交叉研究领域相对较少,主要集中在 “肠道微生物”“传染病研究”“社会医学”“孤独症”“肿瘤基因” 等方面。天文学与物理学研究大类中的学科交叉研究领域最少。

  “基因编辑”领域被专利引用最多

  报告还统计了对技术创新有影响的研究领域论文被专利引用的情况。发现在被专利引用的超过 5 次的 19 个研究领域中,被引最多的领域是 “基因编辑” 中 “利用 CRISPR 等编辑技术进行人、动物基因组编辑” 的研究,共 160 篇核心论文,131 篇被专利引用,平均每篇被专利引用超过 35 次,是对技术影响最深的研究领域。

  报告指出,有 273 个研究领域都有超过 10 篇核心论文被专利引用,被专利引用的研究领域出现最多的学科为生物科学、医学和化学,分别是 98 个、58 个和 49 个研究领域。材料科学、物理学和工程科学各 21 个、19 个和 15 个。

  研究员发现,被专利引用较多的研究领域主要是与工业紧密结合的方向,或是关系到人类健康的研究方向。

  如材料、化学学科下的 “纳米材料”“储能材料与器件”“合成化学”“纳米催化”;工程、计算机科学下的 “无线通信与人工智能” 等。

  此外,与人类疾病和健康相关的研究放行同样是被专利引用最多的区域,包括 “肿瘤”“心血管疾病”“肠道微生物”“传染并研究” 等,这些研究大类的科学研究向技术转换已经形成了一定规模。


  图 | 篇均被专利引用量排名前 20 的研究领域(来源:《科学结构图谱2021》)

  中国优势领域与美国形成互补

  除了聚集中国科研情况,报告还选取了其他 11 个国家作为研究对象,对比分析各个国家的科研情况。其中包括美国、英国、德国、法国、日本等发达国家和部分有代表性的发展中国家。

  报告指出,中国在世界热点研究领域中的科研发展较迅猛。

  数据显示,中国核心论文份额稳居世界第 2,较上一期(2010-2015 年)增长 2.6 个百分点,增幅 23%。

  “中国的核心论文份额接近世界排名第 3 的英国的 2 倍,” 王小梅补充道,“除澳大利亚外,同期传统科技强国整体核心论文份额呈下降趋势,德国、日本的核心论文份额降幅超过 10%。”

  中国的研究领域覆盖率呈显著上升趋势,从 66.7% 上升到 72.0%,世界排名从第 5 位上升到第 4 位。同时,新增研究领域覆盖率小幅上涨,从 48.3% 增长到 49.5%。但仍需注意,中国仍有 28% 的研究领域没有发表论文。

  此外,研究者通过对比发现,中国的科研优势领域与美国存在互补。

  中国主要在纳米科技、计算机与工程、环境治理等领域有着稳固的科研优势,但在医学、社会科学、经济与商业、生物科学四大类中,中国的核心论文所占份额相对较少。而美国在生命科学、医学与环境生态学相关学科交叉研究中占据主导地位。”

  然而报告也指出,中国的优势领域引用美国核心论文的比例很高;而在美国占据优势的医学和生命科学领域,鲜有中国的论文被专利引用。

  在政府资助产出的核心论文数量及分布方面,中国政府资助论文占发表核心论文的比例最高,占到 81.4%。

  王小梅表示:“这与中国科研的进步、政府科研经费高投入有密不可分的关系。”

  然而统计发现,中国政府资助产出的核心论文多集中在 “纳米科技”“无线通信与人工智能”“系统控制” 等方向,“医学” 和 “社会科学” 领域资助发文量较少。

  结尾

  中国科学院科技战略咨询研究院从 2007 年起开始周期性监测科学研究结构及其演变规律,《科学结构图谱 2021》是研究院发布的第五次报告,前四次报告分别发布于 2009 年、2012 年、2015 年、2017 年。

  此次研究从科睿唯安公司的基本科学指标数据库 (Essential Science Indicators,ESI) 中提取了 2012 - 2017 年间共 10223 个研究前沿中的高被引论文,通过再次的同被引聚类分析,得到 1169 个研究领域 (Research Areas)。

  据悉,《科学结构图谱 2021》首次改进了原有“科学结构图谱”的研制方法,运用了文献计量学和机器学习的理论和方法,利用高被引论文之间同被引关系的聚类分析,超越传统的学科分类,直接体现科学研究者相互引证所表征的知识的相互作用及知识的流动、融汇和演变,帮助科学研究者了解隐藏在大规模的复杂关联的数据下面的科学研究结构及其变化,努力帮助科学研究者把握大问题制度和交叉融汇机制下的知识结构、新兴领域及其相互关系。

  -End-

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