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2017 全球 创新 报告
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2017 全球创新报告 1 2017全球创新报告 进无止境2017 全球创新报告 2 科睿唯安首席执行官 Jay Nadler 致辞 3 简介 4 观察与发现 10 航空航天与国防 14 汽车 24 生物技术 34 化妆品与健康 44 食品、饮料、烟草 54 家电 64 信息技术 74 医疗器械 84 石油和天然气 94 制药 104 半导体 114 通讯 124 在深网和暗网中实现品牌保护 134 目 录科睿唯安首席执行官 Jay Nadler 寄语 作为一家专注于创新的跨国公司的新晋 CEO, 这 份《2017 全球创新报告 》着实令我受到启发 、感 到鼓舞 。报告中不仅介绍了世界最新的重要发明成 果, 而且我们通过深受信赖的数据库产品与信息分析 平台, 对全球机构在创新领域的活动进行了详实深入 的观察与分析。 期待与您一起分享这份关于全球创新 趋势的年度报告,勾勒未来创新前景。 总体创新速度放缓 从今年的报告看 ,全球创新增长速度呈现放缓 趋势 。基于德温特基本专利数量统计 ,2016 年全球 发明数量仅增长 8%,而去年的增幅为 14%。从 12 个行业总体来看, 今年增速放缓的主要原因是中国专 利增长放慢, 这可能是因为中国市场进入平台期并且 在研发上的投资增速减缓所致。 领军行业表现突出 尽管研发投入减缓 ,但今年的报告却揭示出消 费品 、生命科学和高新技术行业在创新方面表现积 极。 总体来说, 科技创新与发展为能源、 健康和环境 等领域贡献了重要力量。 今年报告中引人注目的亮点 包括:可解决抗生素耐药菌感染问题的 β- 内酰胺酶抑制剂以太阳能涂料为代表的可替代能源创新电动和混合动力汽车技术的创新天然物质取代化妆品中的塑料微珠成分复合陶瓷等先进材料应用于航空航天领域 行业跨界屡见不鲜 纵观本报告所分析 12 个行业中的创新亮点 ,您 将注意到行业边界是如何被突破的。 以前的通讯行业 总是在追求如何让手机变得更小、 更轻薄, 而如今, 我们看到手机 APP 已经可以控制家里的空调温度或 警报系统。 同样, 我们看到家电行业 “智能家居” 领 域的厨房电器已实现技术跨越, 通过物联网彼此 “沟 通” 和节能。 在如今的日常生活中, 几乎没有哪个技 术领域能够完全不涉及本报告中的创新成果。 我们真诚地邀请您阅读这份报告 ,了解那些能 够应对当前全球面临的挑战, 能够让人们对未来美好 生活抱有无限希望的最新创新成果。 2017 全球创新报告 03 寄语简介 本报告使用科睿唯安旗下知名 数据库与信息分析平台进行数 据的收集 、整理与分析 ,数据 来源涵盖 1.8 万多种期刊 、大 量会议录文献 、图书节选及其 他文献材料 ,以及超过 7100 多万件专利信息。 2017 全球创新报告 04为了解全球创新现状 ,本报告采用科睿唯安旗 下的数据库进行分析, 旨在确定当前创新趋势和主要 创新机构, 并预测有望应对未来挑战、 创造未来机遇 的新兴技术。 我们通过分析学术论文, 从科学家的研 究发现中识别新兴技术的早期信号 ; 我们审阅专利信 息, 找到那些已经或正在成形, 且有可能实现商业化 的创新想法, 这些切实可行的新想法承载着人类达成 夙愿的希望。 本报告的学术论文数据来自 Web of Science ?核 心合集 。Web of Science 数据库涵盖自然科学 、社会 科学 、艺术与人文等多个领域共 3.3 万种出版刊物 , 核心合集是其最核心的一个子集 。Web of Science 核 心合集收录了 1.8 万多种全球权威的高影响力学术期 刊, 以及大量会议录文献、 图书节选及其他文献材料, 覆盖了 250 个学科领域,并提供引文信息。对于那些 精准匹配 Web of Science 现有学科分类的技术领域 (如 “航空航天工程” 或 “生物技术与应用微生物学” ) , 我们使用这些学科中的期刊群来提取 2006 至 2016 年 间录入 Web of Science 核心合集的相关论文 。对于未 精准匹配 Web of Science 学科分类的技术领域 ,如家 电、 化妆品与健康领域的研究, 我们则通过 “主题” 检索以找到相关论文。 在此基础上, 我们使用科研绩 效评估与对标分析工具 InCites,对各组论文进行分 析,识别出每个创新领域的佼佼者。 本报告的专利数据来自德温特世界专利索引 (Derwent World Patents Index ? ,简称 DWPI), 统 计 口径为德温特专利家族数量。DWPI 涵盖全球 50 家 专利授权机构的 7100 多万件专利记录 ,并按同族 专利进行去重整理。由于专利权仅在申请地区内有 效,因此会出现同一项发明具有多件专利公开文献 的情况。有鉴于此,我们将针对同一项发明的多件 专利文献合并到一个专利家族之中,这样计算的将 是真正的发明数量而非每一件专利数量,从而避免 重复计算, 便于我们在公平统一的基础上进行比较。 本报告共涉及十二个主要技术领域 ,并从每个 技术领域中挑选出一个特定的子领域开展详细分析 。 对于每个技术领域和子领域 ,我们使用关键字与分 类 (包括公用的 IPC 国际专利分类 、科睿唯安专有 的德温特分类 、德温特手工代码)在 DWPI 中进行 检索 ,得到每个领域的发明数量 。然后 ,我们对这 一原始数据进行分析 ,按发明数量以及亚洲 、EMEA (欧洲 、中东与非洲)和北美这三个重点地区产生 全球主要创新机构名单 。不仅如此 ,我们还对 Web of Science 中的学术论文数据及 Derwent Innovation ? 中的专利数据开展了进一步的精炼检索并进行分析 与观察 ,从中发现重大技术进展 ,找到技术创新在 未来可能的发展方向 。对于制药技术领域 ,我们还 使用 Cortellis ? 生命科学与药物研发情报综合平台进 行了一些额外研究 。本报告最后部分关于暗网的阐 述则是基于 MarkMonitor ?提供的信息。 有关本报告中资料来源的更多信息 ,请参见报 告结束语部分。 研究与分析方法 简介 2017 全球创新报告 05“这是一个最好的时代 ,这是一个最坏的时 代。 ” ――人类从未像现在这样, 既享受着飞速发展 带来的无数机遇, 又需面对日益严峻的各种全球性威 胁与挑战。 最近几十年 ,我们在技术 、医疗和知识领域均 取得了令人难以想象的进步。 但也是在最近几十年, 人类对自然资源的消耗速度已经远远超出地球对自 然资源的再生速度 。今年的 “地球生态超载日 ”在 8 月 2 日到来 ,这表示人类在这一天用尽了地球在 2017 年这一整年可再生的自然资源总量 。今年地球 进入年度生态赤字状态的日期比去年、 前年和大前年 又有所提前 。我们至少需要 1.5 个地球才能维持目前 的消耗量。 全球人口已经达到 75 亿 。我们在医疗 、营养 、 食物方面取得的进步使人类寿命越来越长 ,能够活 到育龄期的人越来越多, 以致全球每天净增人口超过 22 万 ,每年人口净增长约为 8000 万。 1 到 2050 年, 全球人口预计将达 97 亿。 2 面对这种爆炸式的人口增 长, 如何找到更好的方式获得足够的食物、 净水和能 源来维持生存,已成为人类面临的一大难题。 医疗卫生系统的容纳与保障能力也已跟不上人 口增长的速度 。近期一项调查显示 , 3 由于传染病和 心血管疾病的死亡率不断降低, 世界人均寿命已远远 高于二十年前的平均水平。 寿命的延长导致老龄化人 口增加 ,随之而来的各种老年人健康问题――如癌 症、 糖尿病和其他慢性疾病――令医疗机构和资源不 堪重负 。以癌症为例 ,在英国癌症研究院 4 发表的一 篇题为 “每两个人当中就有一个会患上癌症 ”的文 章中,援引了伦敦玛丽王后大学 Peter Sasieni 教授的 引言 话 : “癌症主要是一种老年疾病 ,超过 60% 的癌症 确诊患者都是 65 岁以上的老年人 。如果人们寿命足 够长,那么多数人都会在某个时候患上癌症。” 人口的不断增长还导致能源需求量激增 。到 2035 年 ,世界能源消耗量将增加 35%。随着化石燃 料供应量的减少, 要满足全球能源需求就必须开发和 使用太阳能、 风能、 水能、 地热、 生物能等更高效的 替代能源 。核能研究人员常说还有 30 年就可以用上 清洁聚变核能, 但几十年已经过去, 可控核聚变似乎 仍是可望而不可及。 5这些只是当今世界面临诸多严峻挑战中的冰山 一角。 解决这些问题需要以经济为基础, 以政府政策 为导向, 全社会齐心协力, 共同发展。 令人欣慰的是, 科技的创新与发展在推动各领域取得重大进步, 共同 守护地球方面做出了突出贡献。 1http://www.worldometers.info/world-population/#growthrate 2http://www.un.org/en/development/desa/news/population/2015- report.html 3“2013 全球疾病负担研究:系统性分析 1990-2013 年 240 种死因 的全球死亡率、 地区死亡率、 国家死亡率、 年龄性别死亡率、 全 因死亡率以及死因别死亡率” , 《柳叶刀》 ,2014 年 12 月 17 日 4http://www.cancerresearchuk.org/about-us/cancer-news/press- release/2015-02-04-1-in-2-people-in-the-uk-will-get-cancer 5http://blogs.discovermagazine.com/crux/2016/03/23/nuclear- fusion-reactor-research/#.WO4qiPkrKCg 简介 2017 全球创新报告 06简介 最近几十年, 我们在技术、 医疗和知识领域均取得了 令人难以想象的进步 。但 也是在最近几十年 ,我们 对自然资源的消耗速度已 经远远超出地球对自然资 源的再生速度。 07 2017 全球创新报告从本报告中可以看到 ,人类正在为解决这些问题而不懈努力 。在报告提及的多项技术创 新中,下面几件尤其值得注意: 灵活地利用太阳能 传统的太阳能电池板费用高 、体积大 、易碎且 韧性不够。 太阳能涂料, 又称喷漆式 / 喷涂式太阳能, 或可喷涂太阳能, 有望彻底取代目前安装在屋顶上的 硅板。 这种新出现的突破性技术使我们有机会以更低 的成本更加广泛地利用太阳能。 太阳能涂料不仅可以 用在屋顶上, 还能涂抹在建筑物四周、 车辆等各种物 体的表面, 这种方式达到的光电转化效率与传统的太 阳能电池板不相上下。 用碳制造清洁的饮用水 如今, 全球有数百万人无法获得清洁的饮用水, 而到 2025 年,清洁饮用水更将成为 12 亿人的稀缺资 源。 如果能有一种既实用又可以广泛应用的海水除盐 方法, 我们将从这种困境中彻底解脱出来。 曼彻斯特 大学的科学家们已经开发出一种利用简单的石墨烯 膜来淡化海水的方法。 这种石墨烯膜的孔径可以让体 积小的水分子通过而阻挡住如氯化钠这样的溶质分 子, 从而达到过滤效果。 氧化石墨烯滤网能高效过滤 掉海水中的盐分, 并且即将在现有的脱盐海水淡化膜 上进行测试, 若取得成功, 其应用前景将一片光明。 癌症治疗 相较于破坏人体免疫力的传统化疗手段,癌症 免疫疗法是一种令人感到振奋的相对较新的治疗方 法。免疫系统具有很多独有的特质,例如记忆能力 和特异性,在人体中能够发挥重要作用。因此,免 疫疗法不仅有可能治愈多种癌症,而且可减少癌症 治疗的副作用,缓解长期病患的痛苦。自 20 世纪 40 年代出现化学疗法以来 ,免疫疗法是最有希望 的新型癌症治疗方法,临床研究力度不断加大。 全球粮食增产 全球人口预计到 2050 年将超过 90 亿,因此,仍 然需要依靠转基因作物提高粮食产量和产能来确保 粮食安全 。然而 ,尽管得到了如比尔和梅琳达· 盖茨 基金会的资金支持, 但由于玉米和棉花等大宗商品价 格在今年全线崩溃 ,转基因作物的全球种植面积 20 年来首次减小。 6 不过 ,尽管面临环境和监管等不利因素 ,转 基因作物领域的创新仍在缓慢增长 。孟山都和杜 邦先锋 (之前称 “先锋良种 ” )等主要转基因公 司仍在坚持研发新型作物 ,如孟山都美国专利申 请 US20160264984A1 是关于耐寒性得到增强的新 型转基因植物细胞制种 ,杜邦先锋美国专利申请 US20160060647A1 则是关于通过转入重组的 DNA 来 增加拟南芥和玉米等植物的耐旱性。 6https://phys.org/news/2016-04-growth-gm-crops-years.html 简介 2017 全球创新报告 08简介 科睿唯安以 “加快创新步伐” 为己任。 我们致力于帮助全球科学家 、工程师 和企业家们努力解决当前全球性问 题 。本报告将为您介绍全球创新活动 的最新进展。 我们诚邀您阅读本报告, 了解全球创新现状 ,知晓这些创新成 果如何帮助人类更有效地利用自然资 源, 让 “地球生态超载日” 晚些到来。 09 2017 全球创新报告观察与发现 虽然全球创新活动仍然处于 上升趋势 ,但 2016 年总体增 速放缓。 10 2017 全球创新报告观察与发现 创新增速放缓 虽然全球创新活动仍然呈现上升趋势,但 2016 年总体增速放缓,公开的发明数量同比去年增长 8%,不仅 低于上一年度的 14%,也低于 2011 到 2015 年 12% 的平均增速 。全球创新增速减缓或许与中国市场进入平台 期有关 。目前 ,中国的发明总量占全球 60% 以上 ,中国在 2014 到 2015 年的发明数量增幅为 25%,而在 2015 到 2016 年仅为 9%。这样的降幅可能是由于中国经济增长放缓导致研发投资增幅相应放缓―― 2016 年中国国 内研发支出总量(GERD)增长预计为 8.5%,低于 2015 年的 8.9%。 但从一段更长的时间来看 ,2009 到 2016 年全球总体创新活动一直呈现活跃上升趋势 ,人们对于创新的热 情并未减弱(图 1)。 《2017 全球创新报告》综述 研究与创新 在创新生命周期中 , “发现 ”是 “发展 ”的基石 。学术研究和教育是创新开始的起点 ,但并不足以实现创 新 。新想法在商业中转化为成功的新服务和新产品 ,这一过程是由企业家精神和投资回报所驱动的 。而专利申 请是实现投资回报的有效途径。 有分析显示 ,科学与学术研究通常比发明创造的出现要早若干年 。因此 ,要想更全面了解某项技术的发展 历程,我们还需通过学术论文找到学术研究的发展和趋势。 图 1:12 个创新领域的发明数量(2009-2016) 2017 全球创新报告 11就具体的技术领域而言 ,消费品 (食品 、饮料 、烟草和化妆品 ) 、生命科学 (生物技术和制药 )及某些高 科技领域(航空航天、半导体和信息技术)创新表现最为活跃。(如图 2 所示)。 图 3:12 个创新领域的学术论文数量(2006-2016) 观察与发现 图 2:创新活动增长率(2015-2016) 航空航天与国防 汽车 生物技术 化妆品与健康 食品、饮料、烟草 家电 信息技术 医疗器械 石油和天然气 制药 半导体 通讯 通过在 Web of Science 中查看 12 个技术领域在过去 10 年的科研活动数据,我们可以看到,这些领域的学术 论文数量在经历了早些年全球经济危机导致的滑坡之后又恢复了强势增长 。但值得注意的是 ,由于近年世界经 济环境的不确定性而导致研究经费缩减,因此全球科研活动在 2016 年又出现了一定程度下滑,如图 3 所示。 2017 全球创新报告 127表中数量是各子领域之和 观察与发现 图 4:创新活动概况 图 5:创新活动行业分布分析图 汽车 食品、饮料、烟草 信息技术 医疗器械 制药 半导体 航空航天与国防 生物技术 化妆品与健康 家电 石油和天然气 通讯 % 行业 2016 年数量 7 2015 年数量 变化百分比 5% 航空航天与国防 81,000 71,633 13% 11% 汽车 189,718 177,705 7% 3% 生物技术 50,722 41,624 22% 1% 化妆品与健康 13,922 11,307 23% 2% 食品、饮料、烟草 36,920 26,605 39% 6% 家电 87,858 86,301 2% 33% 信息技术 493,229 429,806 15% 8% 医疗器械 122,399 118,658 3% 2% 石油和天然气 28,712 27,556 4% 9% 制药 139,222 116,286 20% 8% 半导体 121,876 114,488 6% 11% 通讯 167,399 166,601 0.5% 2017 全球创新报告 13航空航天与国防 综 述 航空航天与国防领域的创新活动继续保持健 康发展 , 2016 年专利增长率为13%(上一年为 15%) ,学术论文增长率为 26%。对该领域增长做出 主要贡献的子领域是 :结构和系统 (17%) 、航天器 与卫星空间技术 (16%)以及先进材料 (12%)。 这 些子领域中的一些重要创新包括 :普惠公司研发的 航空器用陶瓷基复合材料制造方法 (EP2484653), 空中客车公司研制的一种适于航空飞行的航天飞行 器 ,其搭载的可操纵闸板装置用于控制航天器从航 天飞行阶段转变成航空飞行阶段 (EP2981461A1), 以及大连理工大学研制的一种应用于航空航天 领域的新型连续碳纤维增强聚合物基复合材料 (CN104031376)。 受市场全球化和规模经济的影响 ,航空航天与 国防领域呈现国际化趋势, 前十位的创新机构分别来 自六个国家 (中国、 美国、 法国、 韩国、 英国和日本) 。 排名靠前的几家机构来自中国, 其中中国航空工业集 团(AVIC)虽然现阶段工作重点是发展国内本土研发 的军事技术, 但其已经瞄准民用航空领域, 打算从空 客和波音手中分得一杯羹。 劳斯莱斯尽管在过去数年 陷入困境, 但今年却挺进十强, 彰显出该公司为提高 产品安全性和扞卫品牌名誉而努力创新的决心。 航空航天与国防 美国在航空航天领域的学术研究方面影响力最 大 ,在排名前十位的最具影响力科研机构中占据六 席, 剩下四个席位有三个归属欧洲, 一个被中国揽入 囊中 ,再次证明了航空航天技术研发的国际性 。例 如 ,题为 “基于多目标遗传算法的新型 NPR 碰撞箱 的设计优化” 8 的论文便是密西根大学系统 、南京大 学和湖南大学合作的产物。 文章指出, 采用负泊松比 (NPR) 、由较低质量和较高性能结构制成的新型碰 撞箱可在航空航天和汽车领域得到广泛应用。 8“Design optimization of a novel NPR crash box based on multi-objective genetic algorithm”,《STRUCTURAL AND MUL TIDISCIPLINARY OPTIMIZATION》第 54 卷第 3 期, 673-684 页, 出版时间:2016 年 9 月。DOI: 10.1007/s00158-016-1452-z 9http://www.aerospacemanufacturinganddesign.com/article/ amd0814-materials-aerospace-manufacturing/ 2017 全球创新报告 14航空航天与国防 随着复合材料 、新型可加工金属和 新型金属日益取代传统材料 ,航空 航天材料在未来数年将继续发生变 化 。重量更轻 、强度更高 、耐热性和耐腐蚀性更 强的零部件仍将是该行业的发展方向。” 9 Michael Standridge,航空航天领域专家, 山特维克可乐满(Sandvik Coromant) 15 2017 全球创新报告% 子领域 2016 2015 变化百分比 38% 生产技术 24255 22392 8% 23% 先进材料 14601 13002 12% 14% 结构和系统 8741 7468 17% 12% 推进装置 7361 6760 9% 11% 仪表 7238 6502 11% 3% 航天器与卫星空间技术 1647 1424 16% 38% 23% 14% 12% 11% 3% 图 7:航空航天与国防子领域分布 图 6:航空航天与国防领域概览 航空航天与国防 生产技术 先进材料 结构和系统 推进装置 仪表 航天器与卫星空间技术 2017 全球创新报告 16公司 国家 / 地区 发明数量 State Grid Corp of China(国家电网公司) 中国 907 AVIC Xi'an Aircraft Industry(Group)Company L TD. (航空工业西安飞机工业(集团)有限责任公司) 中国 875 United Technologies(联合科技) 美国 808 Boeing(波音) 美国 744 Airbus Operations(空中客车公司) 法国 655 General Electric(通用电气) 美国 583 Hyundai(现代) 韩国 533 Rolls-Royce(劳斯莱斯) 英国 398 LG Electronics(LG 电子) 韩国 358 Toyota (丰田) 日本 348 图 8:航空航天与国防领域全球排名前十位的创新机构(2016) 公司 国家 / 地区 发明数量 China Academy of Launch Vehicle Technology(中国运载火箭技术研究院) 中国 240 Harbin Institute of Technology(哈尔滨工业大学) 中国 205 Korea Aerospace Research Institute(韩国航空航天研究所) 韩国 170 Beijing University of Aeronautics and Astronautics(北京航空航天大学) 中国 113 Shanghai Satellite Engineering(上海卫星工程研究所) 中国 111 Beijing Space Aerocraft Collectivity(北京空间飞行器总体设计部) 中国 106 Shanghai Aerospace System Engineering(上海宇航系统工程研究所) 中国 105 Beijing Institute of Control Engineering(北京控制工程研究所) 中国 100 Beijing Institute Spacecraft Environmental Engineering(北京卫星环境工程研究所) 中国 80 Mitsubishi Electric(三菱电机) 日本 77 图 9:空间技术子领域排名前十位的创新机构—亚洲(2012-2016) 航空航天与国防 2017 全球创新报告 17公司 国家 / 地区 发明数量 Airbus(空中客车公司) 法国 236 Thales(泰雷兹集团) 法国 89 Information Satellite Systems Reshetnev(列舍特涅夫信息卫星系统股份公司) 俄罗斯 76 Energiya Rocket(太空火箭能源能有限责任公司) 俄罗斯 72 Center Nat Etud Spatiales(国家空间研究中心) 法国 52 Snecma(斯奈克玛) 法国 32 German Aerospace Center(DLR)(德国航空航天中心) 德国 26 Khrunichev Res Prodn Space Cent(克鲁尼契夫国家航空研制中心) 俄罗斯 26 Mechanical Engineering Research Institute(机械工程研究所) 俄罗斯 23 Machine Eng Res Prodn Military Ind Corp(机械工程研制军事工业公司) 俄罗斯 19 图 10:空间技术子领域排名前十位的创新机构—欧洲(2012-2016) 公司 国家 / 地区 发明数量 Boeing(波音) 美国 300 Honeywell(霍尼韦尔) 美国 41 Space Systems/Loral(劳拉空间系统公司) 美国 36 Lockheed Martin Corp(洛克希德·马丁) 美国 31 NASA US Nat Aero & Space Admin(美国国家航空航天局) 美国 31 Raytheon Co(雷神) 美国 30 UTC Aerospace systems(联合技术公司航空航天系统) 美国 17 US Sec Of Navy(美国海军) 美国 15 Emcore Solar Power Inc(埃姆科太阳能) 美国 15 Northrop Grumman Systems Corp(诺斯罗普·格鲁曼公司) 美国 13 图 11:空间技术子领域排名前十位的创新机构—北美(2012-2016) 航空航天与国防 2017 全球创新报告 18机构 国家 / 地区 论文数量 (WoS) 学科规范化的 引文影响力 * University of Michigan System(密歇根大学系统) 美国 461 1.56 University of Texas Austin(德克萨斯大学奥斯汀分校) 美国 356 1.40 National University of Defense Technology(国防科技大学) 中国 619 1.27 United States Department of Energy(美国能源部) 美国 345 1.22 Delft University of Technology(代尔夫特理工大学) 荷兰 463 1.21 Centre National de la Recherche Scienti?que(CNRS) (法国国家科学研究中心) 法国 587 1.21 University of Florida(佛罗里达大学) 美国 320 1.19 Massachusetts Institute of Technology(MIT)(麻省理工学院) 美国 549 1.18 Sapienza University(罗马大学) 意大利 370 1.18 Goddard Space Flight Center(哥达德太空飞行中心) 美国 577 1.16 图 12:航空航天领域最具影响力科研机构(2006-2016) * 学科规范化的引文影响力可以用来衡量一组可能来自于不止一个学科的论文引文影响力 ,它针对学科领域 、出版年份和文献类型进行了 归一化。世界平均水平为 1.00,高于 1.00 表示该组论文引文影响力高于全球平均水平,低于 1.00 则低于全球平均水平。 航空航天与国防 2017 全球创新报告 19从凝望星空到太空旅行 Tony Gammell 没有在静谧夜晚凝望过浩瀚宇宙中的点点星空 ,惊叹于天地造化之美 呢 ?又有谁从未想象过太空旅行和宇宙探索会是什么样子呢 ?过去十 年中 ,人类发现了数千颗外行星 ,火星车仍在继续探索火星表面 ,采用特殊材 料制成 ,能够适应外太空严酷环境的航天器也已浮出水面 。然而 ,太空探索未 来能够发展到何种程度, 在很大程度上依赖于成本因素及其对创新过程的影响, 就像今天依赖科技进步一样。 谁 航空航天与国防 20 2017 全球创新报告航空航天与国防 21 2017 全球创新报告迄今为止 ,我们仍然没有把人送上火星 ,也没 有再一次让人登陆月球。 太空旅行, 即便只是抵达近 地轨道, 也是造价极高的活动, 对于许多希望在该领 域占有一席之地的创新机构而言, 例行的太空飞行根 本不在其经济能力范围之内。 在航天、 通讯、 材料、 地球影像和医药等领域的创新一直都因为令人望而 却步的成本阻力而遥不可及。 显然 ,人类越来越渴望探索太空 ,但实现的 前提是这种旅行必须能给利益相关方带来经济效 益――无论是政府机构、 参与企业、 还是发射设备提 供商。 即使在黑暗的太空中, 利益至上的宗旨也是不 变的。 幸运的是, 国家政府与私营企业已经开始联袂 采取行动, 有望降低与太空研究和创新相关的成本。 近年来 ,NASA 与私营企业合作开展了旨在降低 成本的一系列措施, 对创新产生了非常积极的影响。 特别是与 Elon Musk 的 Space X 公司的合作更是引起 了公众的广泛关注 。2017 年 3 月 30 日,Space X 发 射并再次成功回收了之前使用过向国际空间站运送 货物补给的一级火箭。 这一成就很有可能彻底改变人 类探索太空的方式 ,因为它能通过可靠的方式重复 利用发射火箭, 从而大幅降低太空探索的巨额成本。 此外 ,虽然 Space X 是首家以这种方式成功回收并重 复使用运载火箭的公司, 但其他竞争对手很快便会迎 头赶上,使太空探索成本进一步降低。 在大西洋的另一端 ,英国政府计划实施金额高 达 1,000 万英镑的资助计划 ,希望 2020 年之前逐步 在英国建立火箭发射场 ,这一决定彰显出全球航天 市场的巨大增长潜力。 英国是卫星技术的世界强国, 并希望在脱欧后继续巩固其在这一领域的地位 。此 外, 英国政府还起草了相关法案来规范和保护商业航 天市场 。虽然在战略上几乎无可指摘 ,但一些业内 权威却怀疑英国是否有能力在 2020 年之前从英国发 射卫星 。无论这一愿望的实现最终是否定格在 2020 年, 英国政府的这些举措无疑预示着他们有希望在未 来 20 年有望达到在 250 亿美元的全球商业航天市场 中争取到更多份额, 整个国家也会因此在科学研究、 经济发展和技术创新等领域获益。 在远东地区 ,印度力争成为总价值达数十亿美 元的卫星发射市场中的强国 。印度现已具备发射重 型卫星的能力 ,例如使用第三代地球同步卫星运载 火 箭(GSLV Mk-III)成功发射重 3,136 公斤的 GSAT- 19 通信卫星 。今年二月 ,印度的一项太空计划打破 世界纪录 ,通过一枚火箭成功地一次性发射主要来 自国外客户的 104 颗卫星 。此外 ,印度还为包括谷 歌和空客在内的众多跨国公司发射卫星 ,为印度创 汇高达百万美元。 航空航天与国防 22 2017 全球创新报告航空航天与国防 纵观全球 ,找到造价更低的可重复利用技术是 推动航空航天领域开展创新的主要动力 。与 2015 年 相比 ,该领域专利数量增长了 13%,其中航天器与 卫星空间技术是增幅最大的子领域,增长达 16%。 在航天器和卫星技术领域位居北美专利权 人之首的波音公司申请了很多有意思的专利 ,特 别是可在运载火箭最初发射阶段重复使用的推力 增强器 ( US9457918B2) 、用于为飞船/ 运载物 提供热力 / 弹道 /EMI 防护的碳纳米管保护涂层 (EP3042760A1)、用于预测雷电对飞机或航天器伤 害的方法(US20160077027A1)、以及用于搜索卫星 转移轨道的方法(EP2990338A1)等专利都非常吸引 眼球。 虽然美国在学术研究影响力方面仍处于世界领 先地位, 但今年进入航空航天领域最具影响力十大科 研机构榜单的美国公司已从去年的 8 家减少为 6 家。 中国为了成为下一个太空超级大国, 斥巨资开展太空 探索, 成为今年进入该榜单的唯一亚洲国家 (去年没 有任何亚洲国家入选) 。 事实上, 如果中国能以更低 的成本提供与美国旗鼓相当的航空航天技术和产品 , 商业运营商们很有可能开始转投中国的怀抱。 放眼未来 ,轨道发射成本的降低将会推动太空 飞行、 通信、 医疗等领域真正实现革命性创新。 如果 说航空航天领域过去十年的发展进步可圈可点 ,那 么,接下来的十年又将如何呢?让我们拭目以待。 可重复使用的推力增强器(US9457918B2); 来源:Derwent Innovation 2017 全球创新报告 23汽车 综 述 2016 年 ,汽车行业的创新专利数量再次实现 增长,增长率为 7%。虽然增幅不如上一年度,但 除娱乐系统外的所有子领域均有增长,尤以可替代 能源汽车 (13%)、转 向 系 统( 10%) 和导航系统 (9%) 增幅最大。由此可以看出,汽车行业的研发重心仍 然聚焦在混合动力、电动和燃料电池等更清洁、低 排放的推进系统,以及以导航和转向控制为核心要 素的无人驾驶汽车技术。 汽车领域创新具有全球性,该领域全球排名前 十位的创新机构有五家来自亚洲,三家来自德国, 两家来自美国。日本丰田汽车再次折桂,紧随其后 的是去年另外三家五强公司――现代(韩国)、博 世(德国)和电装(日本)。福特(美国)今年被 本田(日本)所取代,未能进入五强。 丰田继续致力于无人驾驶领域的相关创新,其 在地理信息系统、防撞辅助系统和导航辅助系统等 方面的发明均有不俗表现。例如,US20160161270 的自动驾驶系统可帮助无人驾驶汽车自动避开十字 路口的其他车辆, 无需驾驶员干预。JP2016162229 中说明的方法可在驾驶模式从自动驾驶切换为手动 驾驶之前检测出驾驶员盲区中的车辆并减慢驾驶速 度,以确保驾驶员能够看到其他车辆。 汽 车 中国销量排名第四的北汽集团与德国的大众汽 车集团今年首次跻身汽车领域全球十大创新机构榜 单,分列第十位和第六位,第八位和第九位分别是 戴姆勒(德国)和通用(美国)。 在可替代能源汽车创新方面,仍是日本的丰田 以绝对优势占据榜首。2012 到 2016 年间,丰田汽 车在这一子领域的发明数量超过 9,000 项,几乎是 排名第二的博世公司 3200 项的三倍。 在欧洲,可替代能源汽车子领域的前十强席位 仍然只有德国和法国上榜,德国仍旧占据七席。美 国则将北美十强全数揽入囊中,福特和通用汽车扞 卫住了领先地位。 汽车领域最多产的十大研究机构中既有营利性 企业,又有学术机构。汽车技术的科学研究主要集 中在美国, 占据十大最多产研究机构中的五个席位。 剩下五个席位中四个归属欧洲,德国占据两席,法 国、意大利分别占有一席。亚洲则只有印度理工学 院入选。 2017 全球创新报告 24汽车 无人驾驶和互联汽车已是大势所趋 。但 要想得到普及, 首先必须解决人身安全、 信息安全和数据隐私方面的众多问题 。 我们的当务之急是要研究出能够保证这些未来车辆 (包 括 “飞行汽车 ” )安全躲避行人的方法 ,这种情况若 处理不当 ,很有可能酿成大祸 。由于未来车辆将彼此 互联并与云架构相连, 因此数据安全和隐私极为重要。 我们非常重视软硬件的设计 ,唯恐遭遇网络攻击 。如 此一来 ,即使防线被突破 ,我们至少可以检测到攻击 并对其隔离 ,同时让乘客自行决定他们希望共享哪些 出行和行为信息。” Alberto Sangiovanni Vincentelli 电气工程与计算机科学系 加州大学伯克利分校 25 2017 全球创新报告汽车 % 子领域 2016 2015 变化百分比 23% 可替代能源汽车 42880 37844 13% 11% 导航系统 21568 19753 9% 11% 变速箱 20299 20175 1% 10% 座椅、安全带和气囊 19754 18165 9% 10% 汽车安全 19076 18551 3% 7% 悬挂系统 13431 12827 5% 6% 转向系统 11925 10841 10% 6% 污染控制 10667 10114 5% 5% 安防系统 9217 8627 7% 4% 制动系统 8262 7654 8% 4% 发送机设计与系统 8048 7845 3% 2% 娱乐系统 4591 4659 -1% 图 13:汽车领域概览 图 14:汽车子领域分布 转向系统 污染控制 安防系统 制动系统 发
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