土壤生态学以土壤生态系统为研究对象，主要探讨土壤生物多样性及其生态功能，以及土壤生物与环境之间的相互作用。综述了土壤生态学的主要研究方向与研究内容，介绍了当下大尺度土壤微生物地理分布格局研究、土壤生物互作与土壤食物网、土壤生物组与土壤健康和新型土壤污染等研究领域的前沿热点，并对未来研究方向进行了展望。土壤生态学研究有助于客观认识和科学利用土壤生物资源，为应对环境和气候变化、恢复退化生态系统、促进土地资源的可持续利用提供科技支撑。

发展新能源汽车、推进新能源汽车产业化，对解决传统燃油汽车高污染、高耗能、高排放问题具有重要意义。以新能源汽车为研究对象，从新能源汽车发展背景、整车和三电系统综合分析了中国新能源汽车目前的产业与技术发展现状；提出了中国新能源汽车目前存在基础设施建设尚不完善、电池回收利用率低、基础器件关键技术未掌握等问题，探讨了新能源汽车技术与产业未来的发展方向和规划。

近年来，以碳化硅和氮化镓为代表的第三代宽禁带功率半导体迅猛发展，已成为中国功率电子行业的研发和产业化应用的重点。抓住第三代宽禁带功率半导体的战略机遇期，实现半导体材料、器件、封装模块和系统开发的自主可控，对保障工业创新体系的可持续发展至关重要。在分析第三代宽禁带功率半导体重要战略意义的基础上，综述了其材料、器件研发和产业的发展现状，阐述了碳化硅及氮化镓器件在当前环境下的应用成果，剖析了第三代半导体行业存在的关键问题。建议在国家政策的进一步领导之下，发挥行业协会和产业联盟的桥梁和纽带作用，对衬底材料、外延材料、芯片与器件设计和制造工艺等产业链各环节进行整体支撑，引导各环节间实现资源共享、强强联合，上下游互相拉动和促进，形成一个布局合理、结构完整的产业链。

面向知识网络时代的创新设计呈现绿色低碳、网络智能、开放融合、共创分享的新特征。2021年，创新设计研究在理论方法、技术手段及应用拓展等方面取得了重要进展。从生物启发创新设计、数据驱动创新设计、可持续创新设计、基于人工智能的创新设计以及面向疫情的创新设计等视角回顾了创新设计年度研究热点和代表性成果，并展望了创新设计未来的研究热点。

脑机接口旨在通过直接从大脑信号中实时解码用户意图来为辅助设备提供丰富、强大的命令信号。近年来，脑机接口技术的理论和实际应用的研究进展迅速，技术日趋成熟，其应用领域也在不断扩大。概述了2019—2020年脑机接口领域在硬件、算法、范式、应用等方面取得的重要研究进展和发生的热点事件，展望了未来脑机接口技术的发展趋势。

2021年是可重构智能超表面技术井喷的一年。作为未来无线网络研究中可能出现的新兴范式，可重构智能超表面有望通过软件编程的方式实现对电磁波的灵活操控，从而构建智能无线环境。盘点了2021年可重构智能超表面技术研究的关键热点，围绕其与通信前沿技术的融合，简述了其多输入多输出技术、非正交多址技术、移动边缘计算技术和无人机技术的融合方面的进展。

第三代半导体是全球半导体技术研究前沿和新的产业竞争焦点。综述了第三代半导体发展现状、中国对第三代半导体产业的科技支持政策及当前面临的风险和存在的问题。阐述了第三代半导体产业技术创新战略联盟的探索实践，包括推动产学研用创新联合体对接国家重大项目、推动国家级公共平台和产业创新生态建设、制定团体标准并推动相关检测平台建设、通过创新创业服务促进大中小企业融通发展、精准深度国际合作等。针对当前国际形势及中国第三代半导体产业面临的机遇和挑战，提出5点建议：尽快启动国家2030重大项目，通过国家第三代半导体技术创新中心形成合力，瞄准国家重大需求，探索新型举国体制；夯实支撑产业链的公共研发与服务等基础平台；加速推动产业生态环境的完善；组织实施应用示范工程，充分发挥需求端对产业的带动作用；构建科技资本网链，实现国家信用对研发链、产业链和资本链的拉动。

电子束光刻设备在高精度掩模制备、原型器件开发、小批量生产以及基础研究中有着不可替代的作用。在国外高端电子束光刻设备禁运的条件下，中国迫切需要实现高端国产化设备的突破。介绍了电子束光刻设备发展历程，列举了当前活跃在科研和产业界的3种设备（高斯束、变形束、多束）的主要厂商及其最新设备性能，并概括了国产化电子束光刻设备发展现状。通过国内外电子束光刻设备性能的对比，总结了国产化研发需要解决的关键性难题。其中，着重介绍了高端高斯电子束光刻设备国产化需要面临的技术挑战：热场发射电子枪、高加速电压、高频图形发生器、极高精度的激光干涉仪检测技术及高精度电子束偏转补偿技术。

元宇宙是第三次互联网革命（Web3.0）的一个战略制高点，头戴式设备（XR）是其主要的接入和交互终端。从微显示、光学系统和感知交互3个核心技术领域，论述了元宇宙终端硬件的关键技术及其发展趋势。在微显示技术方面，重点涉及硅基OLED 和 MicroLED 2种新型显示技术及其产业化；在光学系统方面，主要论述了表面浮雕光栅光波导、体全息光波导和超表面光波导技术；在感知交互方面，着重讨论了手势动作识别和脑电信号识别交互技术。

童年期是个体神经系统发育的关键期，发生在这一阶段的应激性事件将对个体的心理发展造成不同程度的近期和远期影响。为了应对新冠肺炎疫情的暴发，国际社会采取了一系列的政策，如关闭学校、鼓励社交隔离等，给儿童的心理社会环境带来冲击，增加了儿童出现心理问题的风险。介绍了新冠疫情下儿童（包括青少年）可能出现的心理问题，并探讨了政府、社会、以及家庭可以采取的应对措施，对如何促进疫情后儿童的心理复原提出了建议。

通过分析目前中国人工智能伦理研究的发展态势， 梳理了 AI伦理发展历程、 伦理风险治理、 主体伦理责任及伦理问题成因等 4个研究主题； 发现研究存在理论与实践脱轨、 内容体系性缺乏、 研究方向陈旧、 研究对象不均衡等不足。对此， 紧跟国家人工智能伦理治理动向，着眼 AI技术前沿， 提出了从重视理论的落地性、 鼓励学科研究的体系性、 推进伦理研究的创新性、 促进研究对象的均衡性等 4个方面来构建中国特色人工智能伦理体系， 以推动人工智能伦理研究。

回顾了光学领域在2022年的重大进展，盘点了光电子学、光物理、光物质相互作用、光学材料与结构、光学设计和仪器仪表、光学信息采集和处理、光子学交叉领域、光源与强场激光、生物学和医疗光学、视觉色彩等光学技术研究领域的研究热点，探讨了其在未来可能会对人类生存及生活方式产生的巨大影响。

高超声速技术作为新世纪航空航天的标志性技术，已成为国内外军事、航天领域关注的重点技术。对高超声速飞行器进行了分类，对国外主要军事大国高超声速飞行器的发展路线、总体方案、性能参数等进行了梳理，围绕对高超声速飞行器发展产生重要影响的气动设计技术、高超声速推进技术、高超声速结构热防护技术、高超声速制导控制技术，剖析了技术发展特点和技术发展方向。基于国外高超声速飞行器的型号发展和投入方向，认为高超声速滑翔飞行器将成为高超声速领域优先发展领域。

第三代半导体以碳化硅、氮化镓等材料为代表，已经在5G基站、新能源汽车充电桩等新基建领域崭露头角。第三代半导体加工工艺具有高温、高能量、低损伤等特点和要求，决定了其制造装备相对通用半导体制造装备具有独特性。综述了第三代半导体制造装备需求及其国产化现状，提出了相关产业发展建议：以企业为主体，产学研用协同创新；着力装备共性技术，培育自主零部件配套体系；加强创新人才培养，增强产业发展后劲。

图深度学习技术在处理非欧氏结构数据中显示了巨大潜力，大量研究工作尝试将图嵌入或图神经网络应用到漏洞检测中。梳理了基于图深度学习的漏洞检测方法，按其一般流程，归纳了数据集、图数据、图深度学习模型构建及结果评估4个主要阶段；从图深度学习漏洞检测的有效性出发，阐述了基于代码模式和基于相似性及具体应用场景中的研究成果；分析了该领域面临的挑战和未来的趋势。

以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、金刚石等为代表的第三代半导体具有大的禁带宽度、高击穿电场、高饱和电子速率、高热导率以及具有高的位移阈能，耐高温、耐辐照能力，在核装置运行监测、空间探测、高能粒子物理探测等领域具有重要的应用潜力。介绍了第三代半导体的相关性质、辐射探测器主要制备方法以及不同类型辐射探测器的研究进展，展望了第三代半导体在辐射探测方面的发展趋势。提出第三代半导体辐射探测器的出现必然会促进核科学、空间探测、粒子及高能物理等方面的研究，对于国家提升核心竞争力具有重要的推动作用。

大气二次有机气溶胶（SOA）严重影响着空气质量、大气辐射平衡和人体健康等，对SOA生成和控制的研究对于揭示颗粒物污染成因、为打赢蓝天保卫战提供决策依据都具有重要意义。但由于SOA的组成成分和生成过程复杂、来源繁多、具体机理难以识别，有关SOA的研究仍然面临着众多挑战。在调研近2年表在环境及大气化学等领域的国际重要学术期刊上的研究成果的基础上，总结了在SOA的分子组成、污染特征、前体物或来源、生成与老化过程的机理、关键影响因素、对大气光学性质和人体健康的影响等方面的研究进展。

梳理了后疫情时代中国在教育教学、企业管理、交通出行、科技创新、物流供应链管理等领域所发生的变化，分析了中国在医学及医疗卫生机构管理、突发公共卫生治理、社区治理以及国家治理层面的多个研究主题。进入后疫情时代，无论是在全球化背景下的国家治理层面，还是更为关注基层社区治理的突发公共卫生治理层面上，更为灵活、更有弹性的“韧性治理”都成为治理的共同选择取向。同时，构建更适应后疫情时代的机构协同、协作机制也是未来治理的重大挑战。基于上述分析，剖析了后疫情时代概念界定模糊的问题，探讨了目前存在研究方法使用不够规范、研究设计不足、研究的理论价值与实践价值割裂的问题，从重组的视角展望了后疫情时代的治理理念和治理模式。

在分析先进制造技术的内涵、体系架构、典型特征与主要分类的基础上，总结了国内外先进制造业发展态势和战略部署；综述了美国、德国、日本3个制造强国在先进制造技术前沿布局、企业应用与产业发展状况；结合国内外发展趋势，提出了推广智能制造、强化基础科学研究，布局具有国际领先的国家实验室和创新中心，建设自主性龙头制造产业集群等建议。

从宏基因组学的2个主要技术——扩增子测序与宏基因组测序出发，对其在微生物群落检测中的基本分析流程进行了介绍。概述了微生物群落多样性的概念、相关的统计分析原理以及相关分析结果的解析方法等。提出利用正处于蓬勃发展时期的大数据分析技术与手段来克服宏基因组学数据解析，并将分析结果用更易理解的形式展现出来是未来研究的重点和难点，也是从事环境微生物学、生物信息和统计学研究人员共同的挑战。

软体机器人具有多样的运动自由度和良好的环境适应性，而低刚度限制了其实际操作的承载能力。因此，发展面向软体机器人的变刚度技术是当前研究的前沿热点问题。综述了近5年新型变刚度技术进展，分析了其工作原理（静电吸附原理、层干扰原理、自锁折纸机理、电/磁流变原理和最小势能原理）、变刚度性能及实际应用。讨论了当前变刚度技术的挑战和未来的发展方向，并探讨了新一代变刚度技术的潜在研究价值。

针对复杂作战环境下的体系对抗问题，对联合作战背景下的体系效能评估方法进行了梳理，阐述了联合作战体系效能评估的重要意义。总结了评估方法的研究现状和典型方法，阐明了其优缺点；归纳了现有方法存在的问题及挑战，提出了未来可能的发展方向。

概括了新冠病毒主要变异毒株的分类、时空分布和流行动态，以及关键变异位点和其对病毒生物学特性的影响；阐述了2021年新冠病毒基因进化起源研究进展和新冠病毒在人和动物间跨种传播的风险；论述了2021年新冠疫苗和药物的研发和使用现状，以及不完全免疫保护形势下病毒可能的变异动向；提出了疫情防控、病毒流行监测和疫苗药物研发的相应建议。

随着摩尔定律接近极限，超摩尔定律的2.5D/3D封装登上历史舞台。硅通孔（through silicon via，TSV）是实现多维封装纵向互连的关键技术，也是目前高端电子制造领域的重要代表之一。概述了TSV铜互连的关键技术，包括铜电镀液、电镀工艺和研究方法。认为TSV电镀铜技术难点在于无缺陷填充，而添加剂是实现无缺陷填充的关键组分。归纳了TSV电镀铜的加速剂、抑制剂以及整平剂等多种添加剂，指出随着 TSV深宽比的不断提高，对电镀工艺提出了更高的要求。介绍了仿真计算、电化学测试等电镀液添加剂作用机理的研究手段。随着研究手段的不断升级，对添加剂作用机理研究更加深入透彻，确保了高深宽比TSV镀铜的无缺陷填充，进一步促进了先进封装的发展。

近年来，受益于3D打印先进制造技术和机器学习设计方法的快速发展，机械超材料的研究取得了卓越的成果，实现了一系列自然界罕见甚至不存在的反常规、反直觉的力学性能。与自然材料不同，机械超材料的性质主要来源于人工结构而非材料本身化学组分，故而具有巨大的设计空间。2021年，机械超材料领域涌现出了一批非常优秀的工作。从机械超材料的特异力学性能、智能化设计方法和基于增材制造的加工工艺3个方面回顾了2021年度的相关研究热点，重点关注了机械超材料与机器学习、模块化设计和3D打印制造工艺的融合。

新型冠状病毒肺炎（新冠肺炎）大流行是全球性事件，严重影响到人们的日常生活。儿童青少年作为此次突发重大公共卫生应激事件的弱势群体，身心受到剧烈冲击。综述了国内外现有研究进展，分别从国家社会、学校社区、家庭及个人层面探讨了新冠肺炎疫情下儿童青少年心理压力的应激源；总结了疫情期间儿童青少年心理问题的类型，包括情绪问题和行为问题；归纳了普通儿童、疫情严重地区儿童和家人患病或抗疫人员子女、隔离儿童、其他患病儿童及感染儿童这5类不同风险的儿童青少年面对疫情的心理特征及干预建议。

通过梳理近年来国外关于后疫情时代的社会影响、风险防控、应急管理相关研究，解析了后疫情时代概念和内涵。概述了后疫情时代的国外研究现状，分析了国外关于后疫情时代的城市规划、出行方式等社会影响以及风险防控与应急管理等核心问题的研究进展，总结了现有研究的特征与不足，对后疫情时代的进一步研究进行了展望。研究发现新冠肺炎疫情显著影响了人们的交往、出行、工作方式，推动了行业形态、科技发展和社会治理等方面的变革。后疫情时代最大的风险特征是不确定性，多风险耦合为应急管理实践带来新一轮挑战。

高熵合金是一类新型金属材料，对其研究目前已发展成为涉及材料、物理、化学、力学和计算科学等多学科交叉融合的前沿方向，尤其是近10年来出现的具有高强度、高硬度、高耐磨性、耐高温性、耐腐蚀性等性能特点的高温高熵合金，在推动高温防护领域的材料科学创新发展与工程化应用方面具有重要意义。综合阐述了高温高熵合金材料研究领域取得的一系列科技成果，包括高温高熵合金材料的定义、形成机理、材料体系设计和综合性能等；分析了高温高熵合金材料极端服役环境的复杂性、材料计算设计及其性能的相关性，总结提出高温高熵合金材料研究领域的十大科学问题，为高温高熵合金材料的未来发展提供参考。

随着人工智能技术的发展以及机载任务平台性能的提升，2021年无人机技术与应用呈现新的发展态势。从无人机政策法规、自主控制、反无人机、应用领域等多方面回眸了2021年无人机的技术研究热点，分析了无人机技术领域未来的发展动向。人工智能、视觉导航等技术使无人机综合能力更加强大，也使其应用领域向更宽、更深、更综合方向拓展，尤其是人与机器人的共融联系随着人机交互技术的提升也更为紧密。综合而言，无人机向微型化、集群化、智能化、跨域化发展是必然趋势，无人机与人工智能的深度融合与跨平台实际应用仍然是当今和未来的研究热点。

随着人工智能、物联网、大数据等科技的迅猛发展，智能家居正式进入了 3.0时代，深度依赖用户大数据进行深度学习和数据挖掘，迫切需要面向智能家居的智能交互、智能感知和复杂决策的新技术新方法作为支撑。综合国内外前沿相关研究，提炼出未来智能家居所需要的3大要素：“感知”“思考”和“执行”。并以此为脉络，综述了国内外智能家居前沿平台的研发进展，评议了智能家居环境中的数据采集和特征提取研究、智能家居场景下的智能感知研究、面向智能家居的多模态人机交互与创新场景研究的相关成果，介绍了清华大学未来实验室在智能家居领域的相关研究工作。