美国国家纳米技术行动战略规划

编译 李军平

引言

在整个现代社会，纳米技术的应用范围囊括了各方各面。无论是生产口袋大小的超级电脑，还是为了用于应对全球流行病、挽救生命的疫苗注射，都用到了纳米技术。借助纳米技术，科学家有望研发出重量更轻、硬度更强、功能更丰富的纳米材料，能开发新的方式存储、处理信息，还能尽早发现病人的病情。此外，发展纳米技术有望生产清洁水资源，解决食品短缺问题，还能推动绿色能源技术，应对气候变化，并且研发出新的治疗方式，为绝症患者带去希望。因此，各个研发领域都非常重视纳米科学。

那么，美国国家纳米技术计划（NNI）是否已完成其使命呢？我们是否应该转而大力发展另外一种新兴技术呢？美国联邦政府正在探讨的恰是这些问题，联邦政府甚至还通过国会，责成美国国家科学、工程和医学院（NASEM）在NNI四年期评估报告中为这些问题提供有关看法。NASEM委员会慎重分析了世界格局，又充分考虑到利益相关方，最后得出结论，认为NNI仍然任重道远。委员会在报告中指出：“NNI各界人员虽有不同学科背景、来自不同机构，却能团结合作，取得卓越成就。在全美，乃至放眼整个世界，NNI可以说是现代美国跨学科、跨机构合作的最佳典范。”委员会还强调，发展纳米技术具有深远影响，“全球在医药、食品、水资源、能源、微电子、通信、国防以及一些重要经济领域取得了许多进展，这些都愈发离不开纳米科学技术，因此，美国也有必要继续投资纳米科技。”但与此同时，也应“尽快重新制订”计划。委员会强调，纳米技术对经济与日俱增的影响加剧了全球竞争。为了快速获取经济效益，应对全球激烈竞争，委员会建议重新制订NNI，并且提出了关键指导意见。虽然“委员会一致认为NNI有效推动了美国的经济发展”，但与其他国家采取的行动相比，尤其是和一些国家采取的商业化模式相比，NNI的努力显然还不够。因此，委员会建议美国政府更加重视NNI，将其改造升级。

目标5：确保纳米技术负责任地发展负责任地发展纳米技术始终是NNI不可或缺的一部分，目标5涉及纳米技术的潜在影响和应用场景。何为负责任地发展？由于对纳米材料的科学认识不断加深，对这一发展的理解也日渐深入。本报告阐述的发展框架以NNI最初提出的相应概念为基础，涵盖了新提出的想法。保护人类健康、保护环境仍是重要原则，这就不仅需要了解纳米材料的适用范围，还要了解其潜在影响。负责任地发展要考虑道德、法律和社会影响（ELSI），要重视包容性、多样性、公平性和准入性（IDEA），也要确保研究行为并非出于自私自利的目的。

基于这一背景，NNI机构慎重考察了咨询机构的建议和利益相关者对OSTP信息请求做出的反馈，并兼顾了公众意见。NNI机构最终确定，NNI应继续保留原有的总体目标，继续推动纳米技术的研发进程、商业化和基础设施建设，确保纳米技术能负责任地发展。与此同时，NNI机构还增添了一项新目标，将推动纳米科技教育、培养相应劳动力作为纳米科技发展的一个重要关键因素。然而，NNI已重新设计过运营结构和参与机制，囊括了多种新元素，可以适应NNI生态系统的变化，能进一步应对纳米技术今后的需求。作为指导意见，本报告为各机构和各界人士提供了五年目标。虽然不同机构各有职责和重点项目，当地政策也不尽相同，但NNI和国家纳米技术协调办公室（NNCO）在本报告中简要提出一系列共同发展目标，并列举了相应的具体行动。

目标4：全民参与，扩大纳米技术劳动力有多少高技能劳动力参与技术开发各流程对NNI至关重要。撇开针对性的纳米技术教育不谈，纳米材料展示的新特性也可以激励学生投身于科学、技术、工程和数学（STEM）领域的职业，在国内形成强大劳动力。NNCO和NNI机构利用各种机制向公众宣传“从课堂到野外”教育，致力于降低人们获取资源的门槛，尤其是传统意义上的底层人士。NNI机构认识到，普及教育、发展劳动力和提高公众参与度对展开纳米技术项目非常重要，因此将发展这几个方向视为NNI的重要板块。

目标1：确保美国在纳米技术研发方面保持世界领先地位NNI重中之重的任务是推动纳米技术研发进程，鼓励基础研究，也推动应用型前沿研究，从而将新产品推向市场。现在有各种提案争相投资一般性研究，旨在将纳米级材料的特性大派用场，但与NNI早期相比，各个机构现在很少在提案请求中指定某种具体的纳米技术。虽然这反映了纳米技术已渗透入整个研发进程，但要协调各方研究更为艰难，也可能比以往都更为重要，因为只有这样才能充分利用现有信息资源，发挥协同作用。NNI机构将继续借助其权威，制订并慎重修订种种机制，为纳米技术提供研发资金，将NNI机构与其他机构连接起来，建立相关共同体。NNI将发起“国家纳米技术挑战”活动，动员纳米技术界为解决全球问题出谋划策。

然而，跨部门社区发现，20年前，NNI成立之初力图解决的问题至今依然存在。跨越传统学科之间的界限，推动各学科合作，这些都是发展纳米科学的关键所在。要认识、绘制、操纵纳米级物质，专业仪器都必不可少。但对于一些研究团体或机构，尤其是对小型企业而言，购买专业仪器的成本高得令人望而却步。好在纳米材料表现的新特性可广泛应用于众多领域，因此，原本毫不相关的各界人士可以携手并进，互相学习。

对于直流系统，一旦发生双极闭锁，直流线路停运，对送端和受端的电网冲击很大，严重影响电网安全运行，因而应尽力将双极闭锁的概率降到最低。

美国国家纳米技术计划目标

林业生态保护与天然林保护不仅会影响社会经济的发展，也会给人类的生活带来影响。所以，我们应该加强保护工作，使林业能够可持续发展。我国的经济建设也离不开林业的支持，只有不断提高森林覆盖率，才能有效推动我国经济发展。

目标3：发展基础设施，支持纳米技术研发和部署，实现可持续发展大部分纳米技术研发仍需要使用价格高昂的专用工具。NNI的一大目标就是推动实体和网络用户设施建设，这样做不仅能促进纳米科学在整个生态系统的民主化，还能打造教育培训平台，培养下一代使用者、设计师和建设者。NNI机构认识到，应该更新升级生产力工具，采购、维护“主力”仪器，让人们能利用尖端工具。NNI将强化关键的网络基础设施（例如建模工具、仿真工具和数据资料），通过发展人工智能、机器学习和先进设计工具，推动纳米技术创新。NNI机构将与私营部门合作，开发原型设施和测试设施。

目标2：促进纳米技术研发商业化NNI将加大力度，扩大纳米技术研发规模，推动科研成果转化，促进商业应用，以获取经济、环境和社会效益，提供更多高薪岗位，促进美国经济发展。要实现这一目标，更新战略计划也许最为关键，同时可能还需要解决NASEM委员会列出的关键需求。各个机构之间将建立更为明确的联系，利用纳米技术助力全国生态系统。NNI还将扩大纳米技术创业网络，以供创新者连接彼此，互相分享经验。

NNI自推出以来，已取得了重大进展。随着纳米技术领域不断涌现新成果，科学家对纳米技术的理解已今非昔比。纳米科学的早期领域如纳米光子学等，如今已俨然发展为独立学科。新的工具和功能也得以不断开发，帮助纳米技术建模。各种设备、各个系统也可以利用这些成果大量应用及整合纳米材料。如今，美国已开设了纳米技术课程，成立了纳米技术部门，甚至创立了专门院校加以研究。科研人员更深入地了解了纳米材料对环境、健康和安全有何影响，一大批安全的纳米资源也已投入使用。此外，国际社会成立了相应标准，加快了纳米技术商业化进程。而或许最为重要的一点，纳米技术产品也备受市场欢迎。

NNI 目标

扩大NNI战略网络

过去一年半时间里，美国科技政策办公室（OSTP）和纳米科学、工程和技术（NSET）小组委员会评估了NASEM的建议，同时审查了总统科技顾问委员会（PCAST）之前提交的评估意见。制定战略规划过程时，相关人员为了寻求纳米技术界的广泛意见，参与了众多会议和研讨会（包括一次专门的共同研讨会），参考了OSTP信息请求的内容，以期为今后推动纳米技术的研究开发制定最佳方案。

这五个目标息息相关，密不可分。我们在做的是世界一流研究，需要顶尖的STEM人才。我们需要尖端设备来进行研究，吸引顶尖人才，也鼓励大家发明创新，带来新产品。我们还会大力发展教育，培育人才。负责任地发展纳米技术的总体原则适用于NNI的各方各面。

未来发展道路

2021年《美国国家纳米技术行动战略规划》在国家纳米技术日（10月9日，代表纳米级长度度量单位10-9）发布后，美国科技政策办公室和NNI机构正启动下一阶段计划。该计划为发展设计新框架，列出五年目标和行动方案，力图让纳米技术引起全国关注和参与。NNI希望美国不仅能在纳米科学领域涌现新发现，还能借助这些发现制造出新产品，造福社会。

在联系群众、服务群众方面，重点整治群众身边特别是群众反映强烈的形式主义、官僚主义突出问题，《工作意见》举例称，“对一些地方官员来说，走马上任之后，信奉的是所谓‘新官不理旧事’那一套歪理，这样的干部往往言而无信，重招商轻落地、轻服务，影响营商环境。”这也是要重点整治群众身边特别是群众反映强烈的形式主义、官僚主义突出问题之一。

在战略规划过程中，不容忽视的是，纳米技术界拥有众多的创新人才。NNI也能为丰富多彩的跨学科研究文化提供土壤。NNI正是建立在这些优势上，并提倡各界人士有意识地连接彼此，扩大战略网络。NNI将利用现有活动（例如设立NNI协调员）和新机制（例如发起“国家纳米技术挑战”活动）集合纳米技术生态系统的各方，追求共同利益和目标。Nano.gov网站得到重新设计，以扩展网络支持和赋能，并展示网络在这一过程起到的重要作用。例如，NextTech网络能挖掘美国各地学生的潜能，而“国家纳米技术挑战”将为全球面临的挑战提供解决方案。

本文中展示的框架有意连接纳米技术创新生态系统的众多层面，以满足纳米技术界今后的发展需求，确保NNI能产生一加一大于二的作用。NNI不仅仅是将单个机构的活动整合在一起，还建立了一个活力四射的共同体，加深人们对纳米科学的理解，帮助人们利用纳米材料的新特性来发明创新，培育人才。此外，NNI还有助于研发复杂的材料、设备和系统，应对全球重大挑战。总而言之，NNI欢迎人人参与进来。

资料来源 nano. gov