Топ-20 фронтиров мировой науки
Институт статистических исследований и экономики знаний НИУ ВШЭ с помощью системы анализа больших данных iFORA выявил наиболее значимые тематики мировой научно-технологической повестки.
Контекст исследования:
Экономический рост и социальный прогресс непосредственно определяются уровнем развития науки и технологий. Конкурентные преимущества на мировом рынке получают страны, обеспечившие себе лидерство в сфере исследований и разработок, в том числе за счет эффективного управления научно-технологическим развитием, гибкой реакции на изменения глобальной повестки и появление новых вызовов.
Специалисты ИСИЭЗ НИУ ВШЭ впервые с применением технологий искусственного интеллекта провели картирование мировой науки и определили ее фронтиры — наиболее значимые области развития. Исходя из классификации ОЭСР Fields of Research and Development был сформирован перечень из 15 областей науки, 131 научного направления и около 15 тысяч тематик. Для каждого направления были выделены фронтиры науки, охватывающие широкий спектр тематик, связанных с исследованиями самых разных явлений, процессов, проблем, разработкой методов, технологий, продуктов и т. п. Расчеты выполнены на данных более 35,5 млн документов, отобранных алгоритмами системы iFORA из массива международных публикаций, представленных на платформе Microsoft Academic Graph за 2016–2020 гг.
Фронтиры науки — тематики научных исследований, относящиеся к первому децилю (первым 10% в ранжированном ряду распределения) по уровню значимости за предшествующий год и характеризующиеся значением индекса значимости за этот год, превышающим среднее его значение за последние пять лет. Суперфронтиры — междисциплинарные тематики, относящиеся к нескольким областям науки или научным направлениям. Наименования фронтиров сформулированы в краткой форме, обобщающей входящие в их состав исследования.
Индекс значимости отражает актуальность тематики (упоминаемость), ее влияние на мировую науку в целом (векторная центральность) и на другие тематики внутри конкретного научного направления, в состав которого она входит (внутрикластерная векторная центральность). Векторная центральность, отражающая влияние одной тематики на другие, близка по смыслу понятию центральности, применяемому в теории графов. Она представляет собой усредненный показатель векторной близости тематики со всеми остальными тематиками, включенными в анализ, измеренной с помощью косинусного сходства соответствующих векторов.
Система интеллектуального анализа больших данных iFORA разработана ИСИЭЗ НИУ ВШЭ с применением передовых технологий искусственного интеллекта и включает более 500 млн документов (научные публикации, патенты, нормативная правовая база, рыночная аналитика, отраслевые медиа, материалы международных организаций, вакансии и другие виды источников). В 2020 г. iFORA отмечена в журнале Nature в качестве эффективного инструмента поддержки принятия решений в интересах бизнеса и органов власти. ОЭСР относит систему к успешным инициативам в области цифровизации науки.Всего в ходе эксперимента были выявлены 973 фронтира науки. В таблице 1 представлены 20 топовых фронтиров, отличающихся наиболее высоким индексом значимости и образующих современный передний край мировой науки.
Главные выводы:
В современной мировой научной повестке в первую очередь наиболее заметны тематики, связанные с развитием цифровых и биотехнологий. Большинство топовых научных направлений имеют непосредственное отношение к благополучию человека.
Биотехнологическая революция. Ожидаемо главный фронтир сегодня — медицинские исследования, объединенные темой пандемии. Мировая наука быстро отреагировала на вызовы распространения нового коронавируса. Соответствующие тематики стали самыми динамичными среди фронтиров и, в частности, отличаются наибольшими темпами прироста публикаций по итогам 2020 г.
Активно развиваются исследования в области геномных и клеточных технологий, прогресс которых обеспечит появление прорывных терапевтических методов и технологий предотвращения заболеваний.
Развитие вычислительной биологии обещает появление методов программирования клеток и создания принципиально новых биологических соединений, что в итоге приведет к революции не только в практической медицине, но и в сельском хозяйстве, химической и пищевой промышленности.
Особое внимание уделяется исследованиям, нацеленным на борьбу с онкологическими заболеваниями, в первую очередь с раком молочной железы, легкого и колоректальным раком, которые суммарно составляют треть всех его случаев (GLOBOCAN 2020).
Цифровой прорыв. Наиболее значимые тематики в сфере компьютерных наук и информационных технологий сконцентрированы преимущественно в области сбора и обработки больших данных: искусственного интеллекта, машинного обучения, интернета вещей, компьютерного зрения. Методы глубокого обучения активно используются при распознавании образов и речи, поиске закономерностей и исключений, решении прогностических задач, в том числе для оптимизации производственных процессов и изучения потребительского поведения. На базе технологии интернета вещей формируются сложные экосистемы (умные фабрики, дома, медицинские носимые устройства и т. д.), осуществляющие сбор, обработку и анализ информации; в будущем ожидается переход к концепции «Интернета всего», который объединит не только предметы, но и процессы и людей в единую сеть.
Прогресс в области химии. В топ-20 фронтиров мировой науки вошли перспективные области химических исследований — электрохимия и фотокатализ. На достижения в сфере биоэлектрохимии опираются разработки биосенсоров и других видов медицинских диагностических устройств. Дальнейшие исследования в области электрохимии позволят получить новые типы полимеров и высокоэффективных химических источников тока. Возможность ускорения химических реакций за счет светового воздействия в рамках процесса фотокатализа имеет широкий спектр применений — в биоэнергетике, при очистке и обеззараживании воздуха и водной среды и др.
Среди фронтиров выделены суперфронтиры — междисциплинарные тематики, относящиеся к нескольким областям науки или научным направлениям. Яркий пример — сверточные нейронные сети. На базе этой передовой технологии компьютерного зрения, использующей алгоритмы глубокого машинного обучения, создаются системы распознавания образов для решения широкого круга задач в различных отраслях — от беспилотного транспорта до медицинской диагностики, картографирования почвы и др.
* * *
Перечни фронтиров науки могут выступать в качестве информационной базы при разработке и корректировке документов научной, научно-технической и инновационной политики с целью повышения эффективности бюджетных расходов на науку, их концентрации на обеспечении научно-технологических прорывов и укрепления позиций России на новых и формирующихся рынках.
Источники: расчеты на основе системы интеллектуального анализа больших данных iFORA (правообладатель — ИСИЭЗ НИУ ВШЭ), проведенные в рамках темы «Выявление и приоритезация перспективных направлений научных исследований для новой модели управления научно-техническим комплексом Российской Федерации» государственного задания НИУ ВШЭ.
Материал подготовили Леонид Гохберг и Анна Гребенюк
Предыдущий выпуск серии «iFORA-экспресс»: «Топ-15 цифровых решений в ТЭК»
См. также: