2024年世界科技进展100项

来源：三思派

作者：李万、钟恒、邹芸

2024年，全球科技创新持续提速，多个关键领域实现突破性进展，标志着新一轮科技革命和产业变革持续深化。本文梳理了全球范围内具有代表性的100项科技成果，涵盖“生命科学、生物学”、“深空、深海、深地”、“物质、材料与化学”、“智能、信息与通信”以及“生态能源、交通与建设工程”等五大领域。这些成果体现了当前世界科技发展融合化、前沿化、加速化的趋势，正加快推动人类社会迈向更加智能、高效与可持续的未来。

一、生命科学、生物学

（一）基因、细胞、胚胎

1 中国研制超级显微镜，首次全景“看到”大规模细胞交互行为

中国科学家研发出新一代介观活体显微镜RUSH3D，实现了对生物体内大规模细胞交互行为的全景三维成像。该显微镜具备厘米级视野与单细胞分辨率，支持低光毒性、长时间连续观测，成像速率达每秒20次。该成果填补了生命过程在介观尺度下实时观察的技术空白，为、免疫、神经等研究提供强大工具。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”。

超级显微镜示意图。来源：清华大学

2 美国科学家绘制最大规模人脑基因调控图谱

美国科学家团队构建了迄今最全面的人脑基因调控图谱，覆盖多个大脑区域和发育阶段。研究基于数千例脑组织样本，利用单细胞多组学技术，揭示了大脑认知、情绪、运动等功能相关的关键调控网络，并关联多种神经精神疾病。该成果为脑疾病发病机制提供基础数据，也为未来精准治疗策略奠定了坚实基础。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

科学家绘制迄今最大脑基因调控网络图谱。图片来源于pixabay

3 全球最大古人类基因库建成，揭示人类迁徙与健康奥秘

国际科学家联合构建了全球最大规模古人类基因库，涵盖近5000例3.4万年前的古人类样本。研究揭示了人类迁徙路径的复杂性，并发现若干与现代疾病相关的遗传变异，如与糖尿病风险因子。这些成果深化了对人类演化与健康之间关系的理解，为人类遗传医学研究提供关键线索。该研究成果入选科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

研究团队对古人类基因组数据集展开研究。图片来源：《自然》在线版

4 人脑血管系统首张单细胞图谱问世

国际研究团队首次绘制出覆盖人类大脑发育全周期的单细胞分辨率脑血管图谱，涵盖健康个体、脑肿瘤及脑血管畸形等状态。研究分析了117份样本中超60万个细胞，揭示血管内皮细胞在不同阶段的功能差异，发现成年大脑血管系统基本静止，但在疾病中会被重新激活。研究还发现脑血管系统在病变时与外周器官血管更为相似。该图谱为脑血管相关疾病的早期诊断与治疗提供了重要基础。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

图片来源：加拿大多伦多大学；《自然》在线版

5 硝基体的发现揭示真核固氮能力，或重塑农业未来

科学家在部分海藻中发现一种新型细胞器“硝基体”，具备固定大气氮的能力。这是首次在真核生物中发现固氮结构，挑战了固有认知。研究表明该细胞器源自海藻与蓝细菌的共生演化过程。此发现为非豆科植物引入固氮机制提供生物学依据，有望减少化肥依赖，推动农业绿色转型。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破。

在海藻Braarudosphaera bigelowii中发现了一种新的细胞器，即硝基体（圆形物体，右下角）。来源：Tyler Coale；Science

6 新基因编辑技术“RNA桥”问世：实现更高效的DNA重排操作

科学家在两项独立研究中联合提出一种新型基因组编辑技术，被称为“RNA桥”，可实现在特定位点对基因组进行插入、倒位或删除等长片段DNA的重排操作。这一方法不依赖于DNA断裂和修复机制，而是通过RNA引导的重组酶系统实现高效、精准且可编程的编辑方式，有望突破当前CRISPR等技术在大规模结构重排方面的瓶颈。该技术为未来大规模基因组重构、合成生物学和精准医学带来了全新工具与想象空间。

可重组桥RNA。图片来源：Visual Science

7 开发全RNA介导的基因精准写入新技术

中国科学家开发出一种基于RNA的基因写入技术，利用工程化逆转座子系统，实现长达1.5 kb的DNA序列在哺乳动物细胞内的高效精准整合，最高效率达60%。该方法使用mRNA表达蛋白及RNA供体，避免传统DNA载体带来的安全风险，并可通过脂质纳米颗粒非病毒递送至体内。该技术有望应用于基因治疗和CAR-T免疫细胞体内生成等新型医疗方向。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

来源：《Cell》

8 解析植物叶绿体转录机器结构

中国科学家首次解析了植物叶绿体中PEP转录复合物的三维结构，发现其由源自细菌的核心酶与多个真核来源调控蛋白组成，形成复杂的超分子机器。该结构揭示了叶绿体基因表达调控的分子机制，对理解光合作用调节具有重要意义，也为改造植物叶绿体成为生物反应器提供了新思路。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

叶绿体基因“转录机器”——叶绿体PEP的复杂构造。来源：中国科学院分子植物科学卓越创新中心

（二）疾病的预防与治疗

9 CAR-T细胞疗法首次用于自身免疫病，治疗模式或将颠覆

CAR-T细胞疗法首次在系统性红斑狼疮、硬皮病等重症自身免疫病中展现出显著疗效。通过改造患者自身T细胞清除有害B细胞，多数患者实现长期无药缓解。研究显示，该疗法可深入传统药物难以到达的组织，清除深层致病细胞，有望成为自身免疫病治疗的新范式。但疗效持久性和潜在副作用仍需进一步研究。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破、科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

嵌合抗原受体T细胞（CAR-T，粉色）紧紧包围并摧毁一个B细胞。图片来源：《科学》在线版

10 中国学者发表国际首个通用CAR-T治疗成果

中国科学家首次将异体通用型CAR-T细胞用于自身免疫病治疗，三名患者均获得长期缓解，标志着该疗法在风湿免疫性疾病领域迈出关键一步。该研究展示了无需个体化制备的通用CAR-T方案的有效性和安全性，为广泛临床应用提供了新路径，有望降低治疗成本并扩大适用人群。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻” 、人民日报2024年度“中国科学十大进展”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。该研究主要人员入选2024《自然》十大人物。

中国学者发表国际首个通用CAR-T治疗成果。来源：海军军医大学

11 人类肿瘤三维图谱揭示癌变轨迹和“分子钟”机制

国际科研团队构建了多种肿瘤类型的高分辨率三维细胞图谱，首次追踪癌细胞从正常演化为恶性的完整路径。研究提出“分子钟”模型，量化细胞状态随时间的变化规律，并发现部分结肠癌具有多谱系起源。这一成果为肿瘤早诊、病程追踪与治疗策略制定提供了新工具，具备广泛的临床转化潜力。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

超精确癌细胞3D 图谱问世。图片来源于Steve Gschmeissner

12 年仅两次注射的HIV长效药物展示100%保护效果

美国企业开发的一种名为“来那卡帕韦”的HIV长效预防药，在临床试验中展示出100%的保护效果。该药物通过阻断病毒衣壳蛋白的功能，每年仅需注射两次，为现有HIV暴露前预防提供了更便捷的替代方案。这一成果代表长效抗病毒药物的重要突破，并有望拓展至其他病毒感染的防治平台。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破、两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

药物来那卡帕韦（黄色）与艾滋病毒衣壳蛋白结合，阻止衣壳锥体穿过孔隙进入人类细胞核。来源：N. Burgess/Science

13 肺癌治疗个性化：仿真模型预测放疗副作用

多国科学家合作开发出一种细胞级肺组织放疗仿真模型，结合肺泡解剖结构与粒子模拟技术，能评估细胞损伤及长期副作用风险。该模型与实际临床结果高度吻合，未来可用于优化肺癌放疗方案，实现治疗个性化和副作用最小化，提升疗效与患者生活质量。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

模拟肺泡节段，肺泡组织计算模型由 18 个肺泡组成。图片来源：萨里大学/GSI

14 破解紫杉醇合成谜团，为绿色抗癌药物生产奠基

中国科学家在人工系统中成功重建紫杉醇前体baccatin III的完整生物合成路径，揭示关键结构环氧丁烷的形成机制。研究识别出一种关键双功能酶，并在植物中实现该前体的合成。这项突破填补了紫杉醇合成核心环节的空白，有望推动绿色、可持续的抗癌药物工业生产。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

紫杉醇半合成途径。来源：中国农业科学院深圳农业基因组研究所

15 神经系统“快递员”：揭示神经递质转运蛋白机制

中国科学家解析了多种神经递质转运蛋白的工作机制，揭示其如何依赖钠、氯或质子完成底物转运。该研究明确了抑郁、精神分裂和多动症治疗药物与其靶点蛋白的结合模式，为新一代精神疾病药物的靶点设计和副作用控制提供了分子依据，对神经系统疾病治疗具有重要指导意义。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”。

图片来源：中国科学院生物物理研究所

（三）器官移植与健康生活

16 科学家首次3D打印出功能性人类脑组织

美国科学家首次通过3D打印技术构建出具有正常功能的人类脑组织。该方法将干细胞衍生的神经细胞嵌入生物墨水中，通过分层打印形成可连接、传递信号的神经网络。该组织无需特殊设备即可维持健康状态，为研究神经退行性疾病和药物筛选提供了全新模型，也为未来脑疾病治疗探索新路径。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

研究流程示意图。图片来源于《细胞—干细胞》

17 AI读脑系统实现双语语言识别，助力失语者重新沟通

美国科学家开发出一种融合脑机接口与人工智能算法的语言识别系统，帮助失语症患者用英语与西班牙语进行交流。该系统可读取大脑皮层信号，自动识别语言并解码语句，识别准确率达88%。研究还发现，大脑中处理不同语言的核心区域存在共享机制。该成果为脑机接口在语言障碍康复和多语种交互应用拓展了新方向。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

双语读脑装置研究示意图。图片来源于研究团队

18 日本实现世界首例干细胞角膜移植手术恢复视力

日本科学家成功实施全球首例基于诱导多能干细胞的角膜上皮细胞移植手术，4位重度视力受损患者中有3人视力明显改善超过一年。手术采用软性隐形眼镜保护新生组织，有效减少术后并发症。这项技术为角膜供体短缺问题提供解决思路，未来将在全球临床治疗中发挥重要作用。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

角膜位于眼睛的最外层。图片来源于Patrick Landmann SPL

19 基因编辑猪肾首次成功移植至人类体内

美国完成全球首例将基因编辑猪肾移植至人类的手术，受者为终末期肾病患者。供体猪经过CRISPR技术修改，移除了69个可能引发免疫排斥和病毒感染的基因位点。该手术在“同情使用”通道下实施，初步成功标志着异种器官移植进入临床验证阶段，为解决器官短缺提供了现实路径。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”。

全球首例人类接受经基因编辑的猪肾脏移植手术完成。图片来源于马萨诸塞州总医院

20 首例脑机接口设备成功植入人体，未来医疗前景可期

美国科学企业“神经连接”完成了首例人体脑机接口设备植入手术，初步数据显示患者神经信号读取效果良好。该装置可解码大脑电活动，未来或用于帮助瘫痪、失语等患者实现意念控制设备。尽管仍处于早期阶段，这一进展为神经康复和脑-机通信开辟了新方向，但长期安全性仍需持续观察。该研究成果入选科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

植入物示意图。图片来源：美国《新闻周刊》网站

21 额外X染色体导致男性胚胎期生殖细胞早期发育障碍

中国科学家揭示，在克氏综合征患者中，额外X染色体未被完全失活，会导致胚胎期男性生殖细胞早期发育受阻。研究发现，该异常激活多个发育通路基因，干扰细胞分化和定位。通过阻断部分信号通路可在一定程度上恢复生殖细胞功能，为相关男性不育提供潜在治疗策略。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”。

克氏综合征患者FGC发育异常机制示意图。来源：北京大学医学部

22 皮肤“隐形术”：吸光染料打造无创生物成像新方式

美国科学家开发出一种新型“光学清除”技术，通过在皮肤表面涂抹含食用染料的水溶液，使组织暂时透明。该方法利用染料分子调节组织折射率，从而抑制光散射，提升透光率。实验显示处理后的小鼠皮肤可直接观察血管与消化系统活动，且效果可逆、无毒。这项技术为无创生物成像和疾病早期监测提供了全新手段。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

研究人员手拿一小瓶常见的黄色食用色素柠檬黄溶液。 图片来源：得克萨斯大学达拉斯分校

23 新型NK2R激动剂或为肥胖与糖尿病治疗带来双重突破

科学家发现神经激肽2受体（NK2R）激动剂在动物实验中能同时抑制食欲与提高能量消耗，有效降低体重并改善胰岛素敏感性。该机制不同于现有GLP-1类药物，具备“控食+增耗”的双重代谢调节功能。作为潜在新药物靶点，NK2R激动剂有望为肥胖和2型糖尿病治疗带来新的解决路径。

图片来源：Frederike Sass, 哥本哈根大学网站

24 ESCAPE技术开启复杂组织工程新纪元

美国研究团队开发出ESCAPE技术，利用可低温移除的液态金属模具在水凝胶中构建复杂三维通道网络，实现多尺度、多组织交错的组织工程结构。该方法在保持生物材料活性的同时，可精确复制血管、淋巴等微通道，为类器官构建和个性化医疗提供新平台，标志着组织工程进入精细制造新时代。

图片来源：哈佛大学威斯研究所

25 逆转脱发：科学家开发微针贴片治疗斑秃

美国科学家研发出一种可局部释放免疫调节分子的微针贴片，用于治疗斑秃等自身免疫性脱发。贴片通过诱导恢复免疫耐受，保护毛囊不被攻击，实现头发再生。该方法在动物实验中表现良好，具备无痛、定位精准、不影响全身免疫等优点，未来有望拓展至其他皮肤疾病治疗。该研究入选2024年MIT最具影响力的十大研究。

图片来源：MIT

26 研究发现：锻炼肌肉有助于神经生长与修复

研究表明，肌肉在运动过程中产生的生化信号和机械牵引效应可显著促进运动神经元生长。即使模拟运动的拉伸刺激也能激发类似效果。这项成果揭示了肌肉与神经系统的双向调控机制，为运动神经损伤、ALS等疾病的治疗提供新路径，进一步验证了“运动即药物”的理念。该研究入选2024年MIT最具影响力的十大研究。

图片来源：MIT

27 人体在44岁和60岁会经历重大生物分子变化

美国科学家在对大量个体的分子和微生物组数据分析中发现，人体在约44岁和60岁时会经历两个关键的生理变化高峰，数千种分子指标出现剧烈波动。这一发现表明衰老并非持续渐进过程，而是呈现阶段性跳跃，可能影响免疫、代谢和器官功能。研究建议在这两个阶段加强干预，以延缓衰老进程和防范相关疾病。

衰老过程中差异表达的分子和微生物数量，在44岁和60岁时有两个波峰。图片来源：nature.com

（四）考古与远古生命生态

28 第二次青藏科考钻取全球最长山地冰芯并实现系列突破

中国科学家在第二次青藏科考中，于普若岗日冰原钻取出长达324米的全球最长山地冰芯，并发现青藏高原最厚冰川。此次科考还首次在冰原区应用浮空艇观测气候过程，并发现多个疑似新物种和珍稀矿产资源。该系列成果为气候变化、高原生态和资源研究提供了珍贵数据支持。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”。

科研人员在第二次青藏科考现场。来源：中国科学院青藏高原研究所

29 刷新认知：16亿年前的藻类化石显示真核生物早已实现多细胞化

中国科学家发现一种距今16亿年的藻类化石，具有多细胞结构和繁殖细胞，表明真核生物在更早期就已具备多细胞特征。这一发现打破了多细胞起源晚于10亿年前的传统观点，显示真核生命较早开始复杂化演化，为理解多细胞生命的起源提供了关键证据。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

这些微观化石的研究揭示，单细胞真核生物细胞的链接可能远早于先前的估计。来源：中国科学院南京地质古生物研究所；Science

30 远古DNA拼出史前家谱与社会结构

科学家通过对大量古代人类DNA的血缘分析，成功重建多个古代聚落的亲属网络，最长可达八代。研究揭示了母系或父系继承、亲族墓地布局等社会结构特征，部分个体还被追踪到千里之外的亲属。这些成果表明遗传学正成为揭示远古社会组织和人口迁徙的重要工具。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破。

公元7世纪匈牙利，被埋在一匹马旁边的一名男性，现在拥有了一段家族历史。来源：考古科学研究所/厄特沃什·罗兰大学博物馆；Science

31 阿瓦尔帝国的父系谱系揭示草原民族社会结构

对中世纪阿瓦尔人遗骸的DNA测序显示，该群体延续严格的父系继承制度，并普遍采用女性外族通婚策略。多个世系共居一地，形成代际延续的聚落结构。这项研究揭示了欧亚草原民族高度结构化的社会模式，为理解早期民族构成和统治体系提供了新的遗传学视角。

图片来源：Nature

二、深空、深海、深地

（一）深空

32 嫦娥六号实现世界首次月球背面采样返回

2024年，中国“嫦娥六号”探测器成功完成世界首次月球背面采样返回任务，共带回1935.3克样品。此次任务突破了多项关键技术，填补了人类对月背物质认知的空白。后续研究发现月背约28亿年前仍有岩浆活动，并首次获取月背古磁场数据，为探索月球演化和地质差异提供了重要依据。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破、两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、科技日报社主办的“2024年国际十大科技新闻”、中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。该研究主要人员入选2024《自然》十大人物。

嫦娥六号首次在月球背面采样。来源：中国科学院地质与地球物理研究所、中国科学院广州地球化学研究所

33 科学家首次在月壤中发现分子水

中国科学家在嫦娥五号带回的月壤样品中发现一种新型含水矿物ULM-1，首次确认月壤中存在结晶状态的分子水。该矿物水含量高、性质稳定，表明月球阳光照射区也可能存在持久水源。这一发现对月球水资源开发及建立可持续月面基地具有重要意义。

月球表面含水矿物形成效果图。来源：中国科学院物理研究所

34 “天关”卫星成功发射并取得初步科学成果

2024年1月，中国“天关”卫星成功发射，具备高灵敏X射线暂现源探测能力。首批在轨图像已发布，揭示多个宇宙爆发天体并引发国际后续观测。“天关”卫星为研究黑洞、中子星等致密天体的形成与合并过程提供关键观测平台，也为引力波电磁对应体探测奠定基础。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻” 、新华社2024年终盘点：这些科技“明星”闪耀中国。

“天关”卫星艺术图。来源：中国科学院国家天文台

35 欧几里得空间望远镜公布首批科学成果，包含首张“宇宙地图”照片

2024年，欧洲航天局“欧几里得”望远镜发布首批科学成果，展示包括1400多万个星系在内的高分辨率“宇宙地图”。该任务致力于探索暗物质和暗能量的分布及演化规律，未来6年将绘制覆盖约80亿个星系的完整图谱，为人类深入理解宇宙结构和膨胀机制提供重要基础。该研究成果入选两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”、中央广播电视总台发布的 2024 年度国际十大科技新闻。

欧几里得空间望远镜公布首批科学成果。图片来源于ESA

36 发现超大质量黑洞调控星系“生死”的关键证据

科学家首次系统观测到星系中心黑洞质量与其冷气体含量呈负相关，表明超大质量黑洞可通过抑制恒星形成原料，从根本上改变星系演化路径。该发现证实了黑洞在星系由活跃转向沉寂过程中的主导作用，为揭示星系生命周期机制提供了关键证据。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”。

图片来源：国家自然科学基金委员会网站

37 “星舰”第五次试飞首次空中“筷子”回收助推器

2024年，美国SpaceX公司“星舰”火箭完成第五次飞行测试，首次成功利用发射塔机械臂“筷子”在空中接住返程助推器，标志其重复使用技术迈出重要一步。本次试飞还验证了结构强度、分离控制和回收精度等关键指标，为未来载人深空任务和火星运输奠定技术基础。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破、两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”、科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

“筷子”成功回收助推器。图片来源于SpaceX

38 全球首套高精度月球地质图集发布，填补月球科学基础资料空白

中国发布全球首套1:250万高精度月球地质图集，系统展示了月壳结构、岩性分布、地质构造与矿产信息。该图集覆盖全月并细化为30幅分幅图，是目前最完整、精度最高的月球地质资料，为探月工程规划与月球科研提供了重要支撑。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻。

全月地质图。来源：中国科学院地球化学研究所

39 中国成功回收首颗可重复使用返回式技术试验卫星“实践十九号”

2024年10月，中国“实践十九号”卫星顺利回收，验证了可重复使用航天器的关键技术。该卫星具备高微重力环境保障能力，搭载多项空间生命、材料与文化实验，为未来空间科学试验平台建设和国际合作提供了新范式。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻。

图片来源：新华网

40 银河系中最大质量恒星黑洞“盖亚BH3”被发现，质量为太阳33倍

欧洲科学家发现银河系迄今质量最大的恒星黑洞“盖亚BH3”，其质量约为太阳的33倍。该黑洞的伴星是一颗金属含量极低的恒星，为“贫金属恒星可演化为大质量黑洞”的理论提供了直接证据，对理解恒星演化和黑洞形成机制具有重要意义。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

来源：欧洲南方天文台

41 韦伯望远镜首次在太空中发现“悬空”冰，助力揭示生命起源之谜

法国科学家利用詹姆斯·韦伯空间望远镜，在500光年外的恒星形成区中首次探测到“悬空”冰，其氢原子未形成稳定共价键。这种冰的独特光谱特征此前仅在实验室观察到，发现有助于理解冰与光的相互作用及其在有机分子形成中的作用，为研究生命起源提供了新的化学线索。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

韦布望远镜在恒星形成区域发现了“悬空”冰。来源：美国国家航空航天局

42 詹姆斯·韦伯望远镜揭示宇宙黎明时期的秘密

詹姆斯·韦伯空间望远镜发现了一批异常明亮、巨大的早期星系，其中部分星系规模堪比银河系，含有大量重元素。这表明在这些星系形成之前，宇宙中已存在超大质量恒星及活跃黑洞。相关观测挑战了现有星系形成模型，支持“原初黑洞”可能直接由宇宙早期坍缩形成，为理解宇宙最初十亿年提供了全新视角。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破。

被遥远的早期星群红光笼罩——JWST最早的图像之一。来源: NASA; ESA; CSA; STScI

43 土卫一冰壳下可能存在年轻海洋，挑战行星科学旧观念

最新研究基于轨道与自转数据推测，土星卫星土卫一冰壳下可能存在一个年轻地下海洋，深度约20至30公里，形成时间不足2500万年。此前该卫星被认为缺乏地质活动。这一发现提示其他冰卫星也可能拥有未探测的地下海洋，对外星宜居性研究具有重要启示意义。

土星的卫星“死星”土卫一，背景是这颗气态巨行星和土卫二。 图片来源：NASA/Robert Lea（使用 Canva 创建）

44 “拉索”确认首个超级宇宙线起源天体

中国“拉索”观测站在银河系天鹅座方向发现一个超高能伽马射线结构，首次确认宇宙线加速源，能量超过1亿亿电子伏特。该结构源自中心大质量恒星星团，揭示恒星环境中存在极端加速机制。这一成果破解了宇宙线起源的百年难题，为未来多波段联合观测提供了方向。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展、新华社2024年终盘点：这些科技“明星”闪耀中国。

巨型超高能伽马射线泡状结构模拟示意图。来源：中国科学院高能物理研究所

45 “中国天眼”FAST探测脉冲星突破1000颗

截至2024年，中国FAST射电望远镜已发现超过1000颗脉冲星，占全球已知数量的四分之一。这些发现包括大量毫秒脉冲星与双星系统，拓展了对中子星演化及引力波源的理解。FAST的高灵敏度也推动了快速射电暴与宇宙成分探测，为深空物理研究提供强大支撑。该研究入选新华社2024年终盘点“全球科研向‘四极’前沿发展”。

图片来源：中国科学院国家天文台

46 北斗三号收官：第五十九、六十颗卫星成功发射

2024年9月，中国成功发射北斗三号系统的最后两颗卫星，标志着北斗全球导航系统全面建成。这两颗卫星将进一步提升系统在定位、通信和授时方面的全球服务能力，也为下一代导航技术试验提供平台，标志中国自主导航系统迈入新阶段。该研究入选新华社2024年终盘点：这些科技“明星”闪耀中国。

中国在西昌卫星发射中心成功发射第59、60颗北斗导航卫星。来源：新华社

47 帕克探测器穿越日冕，人类首次“触摸”太阳大气

2024年，美国帕克太阳探测器飞越太阳日冕，创下人类航天器最接近太阳的纪录，距离仅约610万公里。此次飞行在极端高温与强辐射条件下完成，探测器保持稳定运行。该任务有助于揭示太阳风起源与日冕加热机制，为理解太阳活动及其对地影响提供关键观测数据。

来源：NASA/APL

48 美国“欧罗巴快帆船”探测器启程前往木卫二，寻找生命迹象

美国发射“欧罗巴快帆船”探测器，启动对木星卫星木卫二的长期探索。任务核心是评估其冰壳下液态海洋的存在与宜居性，预计将进行约50次近距离飞掠。这一探测将为太阳系内寻找地外生命提供重要科学依据。该研究入选新华社2024年终盘点“全球科研向‘四极’前沿发展”。

艺术家对美国宇航局木卫二快船太空飞船的构想。来源：NASA/JPL-Caltech

（二）深海

49 东太平洋海隆的热液喷口发现动物生命

奥地利和荷兰科学家在东太平洋海底2515米深处的热液喷口区域发现动物生命，包括大型管状蠕虫和海底蜗牛。这些生命体存在于岩层缝隙中的温暖液体腔体中，表明地壳内部生态系统可能与海底生态系统相连。该发现拓展了人类对深海生态与生命适应性的认知。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

海底2500米处的巨型管状蠕虫。来源：施密特海洋研究所

50 “探索三号”入列三亚，助力载人深潜拓展至全海域

2024年12月，中国自主建造的“探索三号”多功能科考船正式服役，具备深潜、破冰、考古与海洋工程多重能力，是首艘支持全球极区和深远海载人任务的平台。该船将承担深海资源调查、生态研究与技术验证，显著提升中国深海科技装备自主能力。该研究入选新华社2024年终盘点：这些科技“明星”闪耀中国。

“探索三号”船驶入三亚崖州湾科技城南山港公共科考码头。来源：中国科学院深海科学与工程研究所

（三）深地

51 地幔波动或影响大陆地貌形成与地质活动

研究发现，板块裂谷附近的地幔对流可触发波状能量传播，远及大陆内部。这些“地幔波”可导致大陆基底物质重新分布，推动高原抬升和金伯利岩喷发等地质过程。该机制拓展了板块构造理论，为理解大陆地貌形成与深部过程提供新视角。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破。

南非的中央高原可能就是由地幔岩石流动波推动抬升的结果。来源：Laranik/Alamy Stock Photo；Science

52 钻至地幔深处！国际团队获取迄今最深地幔岩芯样本

国际科学家团队在大西洋中脊成功钻取1268米地幔岩芯，为人类首次从海底获取如此深层的地幔样本。岩芯主要由蛇纹石化橄榄岩构成，揭示地幔与海水长期反应的记录。该成果为理解地球内部结构、岩浆活动和地球系统元素循环提供了宝贵数据，标志海洋地质研究迈入新阶段。该研究入选新华社2024年终盘点“全球科研向‘四极’前沿发展”。

在显微镜下观察地幔岩石样本，显示了地幔熔融和海水—岩石相互作用的历史。来源：《新科学家》网站

三、物质、材料与化学领域

（一）物质世界

53 首次观察到凝聚态物质中的引力子模

中国科学家在量子霍尔体系中首次观测到具引力子特征的准粒子模式，为探索引力在凝聚态物理中的几何描述提供了实验证据。虽然这并非真正的引力子，但该发现开辟了研究强关联量子系统与量子引力关系的新方向，是凝聚态物理与高能物理融合的突破性进展。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、人民日报2024年度“中国科学十大进展”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

圆偏振光探测量子液体中的类引力子。来源：南京大学

54 分子玻色-爱因斯坦凝聚态首次实现，开启量子物质新阶段

美国与荷兰科学家首次在实验中实现由极性分子组成的玻色-爱因斯坦凝聚态，使1000多个分子在接近绝对零度下进入统一量子态。这项突破为研究复杂量子系统、量子化学反应及构建量子模拟器提供了新平台，标志着量子物理研究进入更复杂粒子控制的新阶段。该研究成果入选科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

科学家用钠铯分子创造出玻色-爱因斯坦凝聚态。图片来源：美国哥伦比亚大学

55 首次用量子模拟器成功求解高温超导关键模型

中国科学家利用自研超冷原子量子模拟器，首次实现对高温超导核心物理模型——费米子哈伯德模型反铁磁相变的模拟，超越了传统计算机能力。该成果为揭示高温超导机理提供了关键理论支撑，也展示了量子技术在解决前沿物理问题中的独特优势。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

费米子哈伯德量子模拟器示意图。来源：新华网

56 世界首个原子级量子传感器问世，空间分辨率达0.1埃实现原子尺度探测

韩国与德国研究人员联合开发出全球首个原子级量子传感器，实现对单个原子的电磁探测，空间分辨率达0.1埃。该传感器基于扫描隧道显微镜尖端的单分子结构，具备超高灵敏度，为量子材料、电磁结构、生物分子行为等研究提供原子级观测手段，是量子传感领域的重要突破。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

来源：德国于利希研究中心（JULICH Forschungszentrum）

57 反超氢-4！科学家发现最重反物质超核，揭示宇宙不对称之谜

国际研究团队在重离子对撞实验中首次观测到质量最重的反物质超核——反超氢-4，由一个反质子、两个反中子和一个反Λ超子构成。其寿命与对应正物质相当，验证了正反物质对称性。这一发现拓展了人类对复杂反物质结构的认识，也为揭示宇宙为何以正物质主导提供了新线索。该研究入选新华社2024年终盘点“全球科研向‘四极’前沿发展”。

重离子碰撞产生反物质超氢-4核示意图。来源：中国科学院

58 正电子氢冷却技术推动反物质研究精度提升

科学家成功实现正电子氢（电子+正电子）激光冷却，显著降低其动能波动。这一技术提高了反氢制备效率，并有助于精密测试量子电动力学和反物质引力行为，为未来反物质实验精度突破提供关键支撑。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

图片来源：欧洲核子研究中心-米兰理工大学

59 单个原子核衰变的直接探测技术问世

科学家首次实现对单个原子核衰变事件的直接探测，方法基于测量微小颗粒受衰变产物反冲产生的运动信号，灵敏度达10⁻²⁰牛顿。这项技术为探测极弱相互作用和研究如中微子等难以直接探测的粒子提供了新路径。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

二氧化硅球体示意图，当内部原子经历α衰变时，球体会发生反冲，这为探索宇宙开辟了新的途径。来源：Jiaxiang Wang/耶鲁大学

60 核物理范式实现融合：夸克-胶子与平均场模型首次统一

国际团队提出新理论框架，首次融合粒子物理中的夸克-胶子描述与核物理中的平均场模型，解释核子在束缚态下的短程关联行为。该模型成功复现多个原子核的实验数据，为高能与低能物理统一提供理论基础，标志核物理研究进入新范式。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

在这张艺术家的构想图中，夸克被描绘成较小的球体，它们通过胶子相互作用形成核子。一对临时关联的核子以紫色突出显示。图片来源：波兰科学院核物理研究所

61 我国科学家首次实现光子的分数量子反常霍尔态

中国科学家利用超导谐振器阵列构建人工磁场，实现光子之间强相互作用，首次观测到分数量子反常霍尔态。该成果突破了传统方法对强磁场与低温的依赖，为研究任意子统计与拓扑量子计算提供了新平台，拓展了光子系统的多体量子调控能力。

光子的分数量子反常霍尔态示意图。来源：中国科学技术大学

62 迄今拍照速度最快相机问世，捕捉飞秒级现象每秒达156万亿帧

加拿大科学家研制出全球最快的成像设备，拍摄速度达每秒156万亿帧，能实时捕捉飞秒尺度内的物理现象。该相机基于新型激光扫描与编码算法，可用于观察激光与材料相互作用、生物组织响应等过程，为开发超快磁存储、超声诊疗和先进成像系统提供关键技术支持。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

来源：加拿大魁北克大学国立科学研究院

63 核时钟首次走时：精准度或将超越现有光学时钟

科学家首次使核时钟实现稳定运行，利用钍-229原子核跃迁实现极高频率的计时机制。相比光学时钟，核时钟更具抗干扰能力，理论精度提升约十倍，未来有望作为高精度时间标准，并用于探索暗物质、引力波及基本物理常数演化等前沿课题。

Nature封面论文。图片来源：nature.com

64 原子级纳米激光器实现可重构光频相控阵

中国科学家开发出一种模式体积达到原子级的纳米激光器，基于新理论突破光学衍射极限，能耗低、尺寸小。该激光器支持动态重构阵列，精确控制光场分布，为高密度光子芯片、量子调控和智能光通信等前沿应用提供核心器件支撑。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

图片来源：国家自然科学基金委员会网站

65 小型低成本钛蓝宝石激光器实现芯片级集成

美国科学家首次将钛蓝宝石激光器实现芯片级集成，体积缩小1万倍，成本大幅下降，仅需LED即可驱动。这一成果保留了宽带宽与超快脉冲等优势，适用于量子计算、眼科手术与成像技术，展示了高性能激光器在微型化与普及化方向上的重要进展。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

新激光器靠在一块钛蓝宝石上。图片来源：Nature

66 量子纠缠助力图像“隐藏”与“增强”：迈向新一代成像技术

欧洲科学家利用纠缠光子开发出图像隐藏与增强成像新技术，图像信息通过量子纠缠方式编码，仅可被特定高灵敏度相机识别。这种方法可减少光散射影响，提升图像分辨率，具备在生物成像、远程通信和安全隐写等领域的应用潜力。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

光子关联编码图像简化实验装置。图片来源: Phys. Rev. Lett.

67 伽马射线闪光或是闪电产生的关键线索

科学家在热带雷暴区空中观测中发现，一种被称为“闪烁伽马射线闪光”的现象频繁与强烈闪电同步发生。研究显示，这些高能电子雪崩产生的辐射可能是闪电启动的前奏信号，为揭示闪电产生机制提供了关键证据，有望推动大气电物理与气象预警技术的发展。

美国宇航局的高空 ER-2 飞机（一架改装的 U-2 间谍飞机）搭载仪器，用于记录来自雷暴云的伽马射线（图中紫色仅为示意），这是 ALOFT 任务的艺术家印象图。图片来源：美国宇航局/ALOFT 团队

68 新型液态金属快速3D打印技术，数分钟可打印家具级铝制部件

美国研究人员开发出液态金属打印（LMP）技术，采用微米级玻璃珠床支撑熔融铝注入并快速冷却成型，实现了无需支撑结构、可控厚度变化的大尺寸铝件快速打印。该技术打印速度提升10倍以上，可在数分钟内制造家具骨架、机械部件等结构件，同时兼具高效率、低能耗和低成本优势。LMP技术为金属增材制造打开新路径，未来可拓展至航空航天、建筑结构和个性化工业零部件等多场景应用。该研究入选2024年MIT最具影响力的十大研究。

图片来源：mit.edu

（二）新型材料

69 研究人员为无液氦极低温制冷提供新方案

中国科学家在钴基量子磁性材料中首次实验证实自旋超固态的存在，并发现该状态可产生巨磁卡效应。通过磁场调控，该材料可在无液氦条件下实现零下273.056℃的极低温制冷。基于此效应，研究团队已研制出新型低温制冷装置，为亚开尔文温区的无液氦制冷提供了技术方案。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、人民日报2024年度“中国科学十大进展”。

我国研究人员为无液氦极低温制冷提供新方案。来源：中国科学院理论物理研究所

70 第三种磁性材料“交变磁体”被实验证实，或革新自旋电子器件

科学家首次实验证实了“交变磁体”的存在，该材料结合了铁磁体与反铁磁体的特性，具备独特的电子动量对称性破缺。这种新型磁性状态已在多种材料中观测到，有望在未来的自旋电子器件中实现高速、低功耗磁控制，推动量子信息与磁存储技术发展。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破、科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

在交变磁体中，相邻原子会旋转，其磁自旋也会翻转。图片来源：《科学》在线版

71 42.02万高斯！刷新水冷稳态强磁场世界纪录

中国科学家研制的水冷磁体实现42.02万高斯稳态磁场，打破此前由美国保持的世界纪录。该突破基于自主构建的大科学装置，提升了强磁场在材料科学、高温超导与生命医学等领域的应用能力，标志我国在强磁场核心技术方面达到国际领先水平。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展、新华社2024年终盘点：这些科技“明星”闪耀中国。

中国科学院合肥物质科学研究院强磁场科学中心自主研制的水冷磁体。来源：中国科学院合肥物质科学研究院

72 科学家在高性能有机热电材料研究领域取得突破

中国研究团队构建出具有周期异质结构的新型聚合物热电材料，使其热电优值首次突破1.0，达到实用化水平。该材料同时具备高导电性与低热导率，打破了有机热电材料性能瓶颈，为柔性能源器件和塑料基可穿戴电源提供新选择。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

溶液涂层大面积 PMHJ 薄膜和柔性发电。图片来源：Nature

73 声学抑制丝绸，实现轻薄布料打造静音空间

美国研究人员开发出一种嵌入压电纤维的超薄“声学丝绸”，具备主动降噪和被动阻尼双重功能。该布料可在不牺牲透气性的前提下，显著降低噪音传播，最高可减少75%的声波传输，未来可应用于办公、交通工具和居家环境中的静音材料设计。该研究入选2024年MIT最具影响力的十大研究。

图片来源：mit.edu

（三）化学

74 科学家首次原子级揭示冰表面结构与融化机制

中国研究人员首次在原子尺度揭示冰的表面结构与预融机制，发现其表面由六方和立方堆积交错构成，并在-153℃下开始出现局部融化。这项成果推翻了传统认知，为气候模拟、大气反应及润滑材料研究提供了重要实验基础，也展示了中国精密仪器的技术实力。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

冰表面原子结构效果图。来源：新华网/研究团队提供

75 AI助力破解催化之谜，科学家实现理论重大突破

中国科学家基于可解释性人工智能，首次建立描述金属-载体相互作用的普适性控制模型，揭示了“金属-金属相互作用”在调控催化性能中的核心机制。该模型解决了困扰多相催化领域四十余年的关键理论难题，突破了催化剂稳定性难预测的瓶颈。研究结果适用于多种工业催化体系，有望显著提高催化剂在氢能、环保及化工合成中的效率与可控性，推动绿色能源和清洁制造技术发展。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

可解释性人工智能揭示“金属-载体相互作用”本质。来源：中国科学技术大学

76 绿色高效：钛镍催化剂开辟低碳烯烃生产新路径

中国科学家开发出一种以钛和镍为核心的新型催化剂，突破了传统丙烷脱氢对贵金属与高污染工艺的依赖。通过构建有序金属-氧化物界面和引入氢溢流机制，实现对催化界面电子结构的精确调控，有效提升催化活性和丙烯选择性。该催化剂具备低成本、绿色环保与稳定性强等优势，生命周期内无毒且节能，为低碳烯烃生产提供了新型机制，有望广泛应用于清洁化工与可持续能源转化领域。该研究入选科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

金属-氧化物作用介导氧化钛包覆层催化丙烷脱氢。图片来源：Science.org

四、智能、信息与通信

（一）芯片

77 全球首款基于原语的类脑互补视觉芯片——“天眸芯”

中国科学家研发出全球首款“原语表示”类脑视觉芯片，模仿人眼处理机制，将视觉信息拆解为基本图形单元，并通过认知与运动双通路并行处理，实现每秒万帧的高速高动态视觉感知。该芯片动态范围达130dB，带宽消耗降低90%，可高效应对复杂环境下的视觉识别任务。其配套软硬件系统已在自动驾驶等场景中表现出色。该成果突破传统图像传感器的感知极限，为人工智能与类脑计算技术的发展提供新路径。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

世界首款基于原语的类脑互补视觉芯片。来源：清华大学类脑计算研究中心

78 全球首个Pb级超大容量光盘存储器问世

中国科学家首次研制出Pb级超大容量光盘存储器，采用创新的三维超分辨存储结构与双光束调控染料写入技术，突破了光学衍射极限，单张光盘实现百层数据记录与高达8000张普通光盘的等效容量。该材料寿命超40年，具备长期稳定保存能力。这一成果显著提升了我国在信息存储领域的核心技术水平，未来可用于海量数据长期归档、图像安全存储和国家战略信息保存等关键场景。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

全球首个Pb级超大容量光盘存储器示意图。来源：上海光机所、上海理工大学

79 谷歌Willow量子芯片实现“低于阈值”计算，跨越精度里程碑

美国谷歌公司开发的Willow量子芯片首次实现“低于阈值”量子计算精度，标志着实用量子计算向前迈出关键一步。该芯片包含105个物理量子比特，具备出色的纠错能力，能在数分钟内完成经典超级计算机需数千年才能完成的任务。这一突破验证了量子误差修正机制在中等规模系统中的可行性，为构建实用化量子计算平台奠定了基础，未来有望推动材料设计、密码破解与复杂模拟等前沿领域发展。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破、两院院士评选的“2024年世界十大科技进展新闻”、科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

谷歌新量子芯片。图片来源于谷歌

80 可开源“片上脑”系统，实现类脑控制机器人交互

中国科学家构建了开源类脑交互系统“片上脑”，将三维培养的脑类器官与电极芯片耦合，实现类脑智能控制机器人完成避障、抓取等任务。系统具备神经信号输入、处理与反馈能力，是脑机接口从人脑实验走向体外独立交互的重要进展。研究还结合人工智能算法与物理刺激，验证了超声促进脑器官智能行为表达的机制。该系统有望用于自适应神经康复、混合智能芯片与生物智能研究平台的开发。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻。

来源：新华网/研究团队提供

81 “太极-Ⅱ”光芯片首次实现大规模光训练

中国研究人员研制出新一代光计算芯片“太极-Ⅱ”，首次实现无需反向传播的原位光训练机制。该芯片构建前向对称光神经网络，摆脱传统AI训练对GPU和建模一致性的依赖，极大提升了计算能效与扩展能力。在大模型训练、智能成像与光子系统等任务中表现出卓越性能。该成果标志着光计算迈入自主高效训练新时代，为构建新一代通用智能系统提供核心技术支撑。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

图片来源：国家自然科学基金委员会网站

82 自带“开关”的半导体石墨烯问世

科学家实现两项石墨烯突破。一是通过外延生长方式赋予石墨烯带隙，兼具导电性与热导性，使其具备用作晶体管材料的潜力。另一项技术则结合电子与质子通道，构建同时具备逻辑运算与数据存储功能的石墨烯器件，成功集成“计算+存储”于同一结构中。该类材料有望显著降低芯片功耗，提升算力效率，为新一代高性能集成电路和可重构器件提供新路径。该研究入选《物理世界》评选的2024年度物理学十大突破。

芯片上的表层石墨烯。图片来源：佐治亚理工学院

（二）人工智能

83 Sora文本-视频模型，震撼全球创意领域

2024年，OpenAI推出Sora系统，可根据文本生成物理一致性极强、极具真实感的视频。该系统通过高效训练的多模态模型，具备模拟复杂现实场景的能力，被称为“数据驱动的物理引擎”。其发布引发影视、教育、广告等产业革新，同时也带来关于深度伪造、信息操控等伦理问题的讨论。Sora代表人工智能在内容生成领域的重要里程碑，正引导技术与监管协同发展的新阶段。该研究成果入选科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”、中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

由Sora生成的视频截图。图片来源：OpenAI

84 世界最大神经形态计算机Hala Point研制成功，模拟人脑高效运行

美国科学家开发出迄今规模最大的神经形态计算系统Hala Point，包含1152颗类脑芯片，可模拟11.52亿个神经元并完成高频突触操作。该系统模拟人脑局部计算与并行联动机制，实现远超传统芯片的能效比。其在图神经网络、优化计算、智能控制等方面表现优越。Hala Point展示了类脑结构在低功耗AI系统中的核心价值，预示着智能计算正迈向仿生化、高效化的新阶段。该研究成果入选科技日报社评选的“2024年国际十大科技新闻”。

Hala Point神经形态计算机由英特尔的Loihi 2芯片提供动力。图片来源：英特尔公司

85 AI预报进入新时代：GenCast 8分钟精准预测全球15天气象

美国研究团队发布AI天气模型GenCast，可在8分钟内完成全球15天高分辨率天气预测。该模型采用条件扩散结构，生成涵盖80余种变量的概率性气象图，对温度、风速、气压、热带气旋等要素预测精度超过主流数值模式，准确性指标达97%以上。GenCast代表天气预报从物理模拟向数据驱动智能演进的重要转型，未来将在灾害预警、能源调度、农业规划等领域发挥重要作用。该研究主要人员入选2024《自然》十大人物。

图片来源：Nature

86 Q系列人形机器人亮相，具备多场景适应与类脑智能能力

中国科学家推出Q系列人形机器人，突破高爆发力一体化关节、类脑控制系统和机器人大模型关键技术。该系列支持模块化设计与柔顺控制，具备复杂地形适应、自主导航、动态平衡等多种能力。样机包括Q1仿生机器人和Q2多地形机器人，已在航天、制造等领域验证应用性能。该成果标志着中国在人形机器人核心部件和系统集成技术上迈出重要步伐，为智能装备产业注入新动能。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻。

图为演示人员演示多机器人协作。来源：中国科学院自动化研究所

（三）信息与通信

87 新一代气象超算系统建成，全面提升预报与智能应用能力

中国新一代气象超级计算系统正式投入运行，总算力达60PFlops，比前代提升超6倍。系统配备先进液冷散热、高速互联与海量存储能力，可大幅提升数值模式的分辨率与模拟效率。该平台将全面服务于中长期天气预报、极端事件监测和智能气象服务，显著增强我国在全球气象预测和应急响应中的算力保障与技术竞争力。该研究入选中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻。

新一代气象超算系统。图片来源：CCTV+/视觉中国

88 等离子体调制器突破太空通信瓶颈，助力全球高速网络连接

研究人员利用等离子体调制器实现53公里自由空间链路下424 Gbit/s的数据传输，实验峰值可达1.4 Tbit/s，远超传统射频通信速率。该技术具备高带宽、低延迟、抗干扰等优点，特别适合空间站、卫星链路及偏远地区网络覆盖。未来有望成为紧急通信或太空互联网的关键支撑，推动全球高速连接向光通信体系升级。

图片来源：SciTechDaily.com

89 新型防伪标签：用“胶水指纹”识别真伪

美国科学家开发出基于太赫兹波的微型防伪标签，识别背面胶水中金属微粒的随机分布图案，准确率超99%。该标签仅4平方毫米，无法复用或仿制，适用于医疗器械、电子产品等高价值物品。结合AI图像识别算法，可实现快速认证与批量检测。此项成果展现了太赫兹技术在身份识别与供应链防伪中的广阔应用前景。该研究入选2024年MIT最具影响力的十大研究。

图片来源：mit.edu

五、生态能源、交通与建设工程

（一）生态与能源

90 全球首份土壤病毒图谱发布，揭示土壤病毒生态研究新前沿

国际团队发布全球首份土壤病毒图谱，整合近3000份样本，识别超过61万个新病毒基因组，揭示其在碳循环与微生物调控中的关键作用。95%以上的功能仍未知，表明土壤病毒群落远未被认知。该图谱为研究病毒与生态系统互动提供基础资源，将助力气候变化响应、土壤健康评估与病原传播控制等前沿研究。该研究入选中央广播电视总台发布的2024年度国际十大科技新闻。

来源：施普林格·自然研究社区

91 RNA杀虫剂进入农田应用，开启精准农业新路径

2024年，美国批准首款RNA喷洒型杀虫剂Calantha正式应用于农田防控。这一RNA干扰制剂可精准靶向特定害虫基因表达，诱导其幼虫快速死亡，对非靶标生物友好且更环保。该药剂专为抗药性强的马铃薯叶甲设计，为农业病虫害防控提供新模式。未来，RNA杀虫剂有望拓展至其他害虫种群，但仍面临稳定性与抗性演化挑战，有待配套纳米载体与管理策略提升其持续效果。该研究成果入选2024 Science年度十大科学突破。

与目前的商业杀虫剂不同，基于RNA干扰的杀虫剂针对特定的害虫。来源：Edwin Remsberg/VWPics via AP Images

92 锕系“核电池”将核废料变能源，能效提升8000倍

中国科学家开发出新型基于锕系核素的光伏微型核电池，能将高放射性废料转化为稳定电能。通过嵌入稀土发光聚合物并与钙钛矿光伏层结合，实现0.889%的整体能量转化效率，是当前同类设备的数倍。电池在连续运行中表现出优异稳定性，为可穿戴设备、航天探测和核废物资源化提供新方案，并拓展了微能量系统的新应用领域。该研究入选人民日报2024年度“中国科学十大进展”。

新型锕系微型核电池的结构设计理念示意图。来源：苏州大学新闻网

93 利用氢等离子体从赤泥中提取高纯铁，推动绿色冶金

欧洲科学家开发出以氢等离子体还原赤泥中氧化铁的新方法，仅数分钟内即可生成纯度超95%的液态铁。该工艺几乎不含有害元素，适用于炼钢，同时消纳工业固废赤泥，有望解决年产1.8亿吨赤泥的环境难题。结合可再生能源和绿氢，该技术展现了钢铁冶炼向低碳转型的可行路径，对金属循环利用与绿色制造具有重要意义。

图片来源：Nature

94 森林生物多样性对轻度砍伐也高度敏感

2024年，学者在《自然》发文表示即使是生物量减少低于30%的“轻度砍伐”森林，其物种结构和生态功能也会显著改变。当砍伐强度超过68%，关键物种几乎消失，生态网络迅速瓦解。该发现揭示热带森林对干扰的高度脆弱性，提示传统“有限砍伐”不足以维系生态平衡，需加强采伐管理与生态修复，以防止生态系统陷入不可逆退化。

马来西亚沙巴的伐木活动。图片来源：Zoe G.Davies

95 二氧化碳主导了地球近5亿年的气候变迁，新研究揭示深层时间气候演化图谱

美国科学家重建了过去4.85亿年地球平均气温变化曲线，整合15万个古气候记录与模型模拟，发现地球极端变暖事件均与CO₂浓度上升高度相关。研究表明，当前人为排放引发的升温速度超过多数地质时期的剧变，对生物多样性与海平面稳定构成严重威胁。该成果为理解未来气候演化趋势提供重要参照，强调减排CO₂的紧迫性。

过去4.85亿年间的全球平均地表温度变化。图片来源：Science

（二）交通与建设工程

96 中国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列

2024年，中国首艘自主设计建造的大洋钻探船“梦想”号正式列装。该船最大钻深可达11000米，具备全球领先的钻探深度、智能化水平与综合实验能力。其可承担深海科学钻探、油气资源勘探、天然气水合物试采等任务，为中国探索地球深部资源、建设海洋强国提供关键支撑，标志我国在深海科考装备领域实现重大突破。该研究成果入选两院院士评选的“2024年中国十大科技进展新闻”、中央广播电视总台发布的 2024 年度国内十大科技新闻、科技导报2024年中国重大科学、技术和工程进展。

我国首艘大洋钻探船“梦想”号。来源：广州海洋地质调查局

97 超级工程深中通道正式通车，打造粤港澳大湾区“半小时交通圈”

历时七年建设的深中通道于2024年6月正式通车，全长24公里，集桥、岛、隧、水下互通于一体，是全球首个此类跨海集群工程。该项目使深圳至中山通行时间缩短至30分钟，自主创新技术成果超200项。深中通道打通粤港澳城市群交通主动脉，展示了中国在超大型基础设施建设中...