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智能化时代,塑造有智慧的“地球村”

智能化时代,塑造有智慧的“地球村”

——褚君浩院士在“东方讲坛·思想点亮未来”系列讲座的演讲




思想者小传

褚君浩 中国科学院院士,中国科学院上海技术物理研究所研究员、红外物理学家。现任华东师范大学信息学院院长、东华大学理学院院长。

      以信息化及其与新能源技术、智能化体系深度融合为特征的新工业革命正在全球演化。它的一个重要特征是科学与技术交叉推动,科学技术的发展呈现百花齐放局面。不像过去的蒸汽机就是化学能变成热能再转化为机械能、电动机就是电磁感应定律,现在的基础研究如材料科学、生命科学、物理科学、化学科学都在多点开花。

       而且,现在科学上的发现、技术上的发明日益呈现交互发展的特征。特别是,基础研究对掌握各种核心技术、对产业发展的推动作用越来越明显。从发现规律,到掌握核心技术,再来推动产业发展和经济发展,是一个链条。

比如,现在我们几乎人人都有手机,手机集成了很多信息技术;往前追溯,手机之前有固定电话通信技术、计算机技术;那再往前找,“老祖宗”就是量子力学,因为没有量子力学就没有半导体科学技术,就没有晶体管和大规模集成电路。所以,没有量子力学,就没有计算机,也就不可能有手机。由此可见,作为前端的量子力学和电动力学是非常重要的。

从更大的范围来看,我们发现了质能关系,继而发明了核技术;发现了受激辐射规律,继而发明了激光技术;发现了巨磁阻规律,继而发明了磁存储技术;发现了光纤中光传输规律,继而发明了光通信技术;发现了半导体光跃迁规律,继而发明了半导体照明技术。可见,人类总是先在观察或实践中发现规律,然后发明技术,进而推动应用发展。没有昨天的基础研究,就没有今天的技术应用。就此而言,谁掌握了规律,谁发明了技术,谁就获得了主导权。

把智慧融入物理实体,从而达到人与物及物与物之间的联系沟通

现在我们开始进入智能化时代,智能化是新工业革命的一大特征。那么,在此之前还有哪几次工业革命呢?它们各自有什么特征?

第一次工业革命产生于18世纪,以机械化为特征。第一次工业革命的标志是瓦特改良蒸汽机。一系列技术革命引起了从手工劳动向动力机器生产转变的重大飞跃,人类社会由此进入蒸汽时代。英国是最早开始工业革命的国家。

第二次工业革命产生于19世纪,以电气化为特征。从发现电磁感应规律,到电动机、发电机的出现,动力工业被彻底改革,通信网络也因无线电的发明而得到改造。

第三次工业革命产生于20世纪后半期,以信息化为特征。对于这一次工业革命产生的影响,我们每个人都能切身感受到。

工业革命并不是骤然发生的事件,而是由若干可能深度影响经济社会发展的科学技术生长点,在人类需求和未来期望驱动下、在科学技术基础和经济社会环境下,由点及面、由量变到质变的。

当前,我们正处在信息化的后期,并开始迈入以智能化为特征的第四次工业革命时代。智能化的特点就是把智慧融入物理实体,如名噪一时的阿尔法围棋等,就是人工智能发展的产物。在这个“奇点”时期,我们的思想、理念、计算将迎来大的变化。

在这个时代,将有一种分拣快递机器人,进行货物分拣后,还可以负责派送;到了目的地,它会发个信息叫你来拿。在这个机器人身上,包含三个重要技术功能:第一个是动态感知,第二个是智慧识别,第三个是自动反应。要动态感知就要有传感器,要智慧识别就要有大数据、物理模型,要自动反应就要有好多控制的方法,最后还要把动态感知、智慧识别、自动反应集中在某一个智能化系统中。

由此举一反三,一个智能化的机器人老师上课,它一定要具备什么能力?仅仅把上课内容重复说一遍,算得上智能化老师吗?当然不是。智能化的老师应该是,你提出问题,它马上可以识别问题并快速分析,然后及时给出正确的答案或有益的启发。

智能化浪潮基于信息时代又超越信息时代。信息时代以计算机和互联网为基础,主要以便利人与人之间的沟通及信息共享为目标。智能时代则把人类的智慧融入没有知觉、没有反应的实体物质,从而达到人与物、物与物之间的联系沟通。它将把“地球村”塑造成一个有智慧的世界:机器有了智慧,实现智能机器人;能源有了智慧,实现智能化分布式能源系统;建筑物有了智慧,实现安全智能化报警;城市有了智慧,实现城市状况实时显示与分析判断;地球有了智慧,实现全地球感知。这是“地球村”的伟大历史转折。

传感器是人体五官的延长和功能扩展,是物联网产生信息的源头

在智能化时代,一个重要的应用是物联网。

物联网是把所有物品通过信息传感设备与互联网连接起来,然后对物品进行智能化识别与管理。也就是说,它把“物”的信息通过传感器接收,形成“物”信息的网络,并与互联网结合。这样就构成了一个以互联网为基础的虚拟大脑:由音频传感器构成虚拟听觉系统,由视频采集器构成虚拟视觉系统,由分子传感器、气体传感器、液体传感器等构成虚拟味觉系统,由空气传感器、水系传感器、土壤传感器等构成虚拟感觉系统,由各种家用设备、办公设备和生产设备构成虚拟运动系统,等等。

在物联网中,传感器和信息检测技术是核心技术之一。传感器是什么东西?传感器就是一个能够传递信息的器件,能够替代你的眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤,是人体五官的延长和功能扩展。在古代,其实已有类似传感器的装置。比如,过去防小偷,会在线上挂一个铃铛。小偷进来碰到线,铃铛就会响。这就是最初版本的传感器。现在,传感器已走进我们的生活,在国防科技、工农业生产中随处可见。比如,大家在一些场所的卫生间洗手,手放到龙头下动一动,水就出来了。这就是一个传感器。

在物联网技术中,各类传感器具有举足轻重的地位。安置在桥墩里的压力传感器可以感知桥墩的应力,安置在地下岩石中的传感器可以感知岩石内应力情况,安置在身上的传感器可以实时感知身体器官的状况,安置在煤矿里的传感器可以感知矿井中有害气体的浓度。没有各类传感器就不能实现信息的获取,也就难以进一步整合信息、应用信息。

从这个意义上说,传感器是物联网产生信息的源头。有了先进的传感器,才能对环境、水、空气、土壤和植物等进行实时监控,才能建立无线传感应急监控设备,才能应用于地铁、商场、车站、园区等人类活动的各类场所。

传感器有光、热、电、磁、压力等多种。其中,光电传感器的主要功能是获得目标物的“形像”、“热像”和“谱像”,是物联网的重要元器件。

图像比较简单。我们现在看得见的都是可见光。你看得见我,我也看得见你,什么原因呢?因为照在我身上的可见光反射到你的眼睛,让你看到了我。如果把灯关掉、把窗帘拉上,还看得见吗?看不见了。但实际上,有其他办法可以看到。

除了可见光,人有体温。只要是热的东西,就有能量放出来,就有热辐射,这就是热像。但这个能量放出来是红外的,所以要用一个红外传感器才能看出来。现在,还有近红外成像,光源发出近红外光,到你脑子里兜一圈;探测器接收后,就能直接“读取”你脑子里的信息。当然,这还处在试验阶段,但从理论上说是可行的。

智慧城市建设将促进信息空间、物理空间和社会空间的深度融合

实时信息获取技术、信息传输技术、信息的分析判断和决策技术是物联网的重要基础。所以,完整的物联网科学技术,总是与材料技术、传感技术、通信技术、大数据分析技术、物理过程的模型技术、控制技术密切相关。

前面讲的传感器主要是光电传感器。其实,传感器有多种类型,包括压力、振动、声响、电磁、化学等。如果城市被物联网覆盖,那类似 1995年发生在东京地铁的沙林毒气事件、2004年发生在马德里火车站的炸药爆炸事件或许就不会发生。因为在智慧城市的模式里,公共场所通过安装许多灵敏的传感器,可以实时获得信息,并以无线传输信号的方式将其传输到信息分析处理中心。它相当于人的大脑,信息在这里根据对不同的物理的、化学的、生物的过程模型或大数据分析作出判断,进而及时采取措施。

智慧城市是一种新型城市发展模式。它通过对新技术的应用,促进多方参与、优化资源配置、提升生产效率,用更少的资源创造更多的价值。智慧城市建设本身是一个发展过程,是城市基于现有信息化基础,不断建立智能化复杂系统,智能化程度不断加深,复杂系统区域不断扩大,进而推陈出新、不断发展完善和丰富的过程。

城市网络信息空间是不同于人类现实空间的一个崭新维度,是人类的第二空间、虚拟空间。在硬件资源和运行规则之上,网络空间的核心组成要素是ID、数据、连接,而现实空间的核心要素是人、物、事。两个空间的各个要素间能够交叉相互作用:现实向网络进行映射,产生海量数据;对网络中的数据进行挖掘和运用,又能够反作用于现实空间。

两个空间的交互成为智慧城市建设的基础。智慧城市是利用新一代信息技术来促进信息空间、物理空间(各种建筑、硬的东西)、社会空间(人所构成的社会网)的深度融合,并通过丰富的应用系统,加速经济发展与转型,提高公共服务效率,方便市民工作和生活,有效保护和利用环境。它是现代城市对于未来的想象,更加宜居宜业,更加富有活力,更加具有吸引力和竞争力。

进一步来看,智慧城市具有四大特征。一是以人为本:以人的需求作为根本出发点,以个体推动社会进步,以人的发展为本,实现面向未来的数字包容,让城市中的人类生活更美好。二是全面感知:通过感知技术,将人、物的相关信息进行全面感知与互联,形成城市智慧的泛在信息源。三是内生发展:城市形成具有持续创新发展的内生驱动力量。围绕这种内生发展动力,城市各构成要素之间实现自我适应调节、自我优化和完善。四是智能协同:实现信息之间的无缝连接、协同联动,是城市实现智慧的重要途径。

注重培养人类的“飞翔”潜能,确保人工智能成为助手而不是对手

最后,想简单谈谈人工智能。人工智能现在很火,其应用已慢慢渗透于我们的生活。于是,有人担心:人工智能会对人类文明造成威胁。就我个人而言,并不这么认为。我觉得,人工智能将是人类的助手而不是对手。

为什么这么说?因为人工智能是人类开发出来的,拥有强大的学习能力,但它不是开“无轨电车”,而需要按照人制定的规则运行。如果能够确保这一点,人工智能在技术层面得到实现的同时,对人类带来的将更多是助益而不是威胁。

事实上,所有事物都有一个发展过程。现在,机器人发展尚处于起步阶段,有些功能还有待实现,对可能出现的问题需未雨绸缪却不必杞人忧天。实践证明,人类完全有能力对新技术的发展有所规制。对于人工智能,我同样有信心。

改革开放40年有两个基本特征:一个是国际化,另一个是信息化。现在,我们进入新时代,目标是把我国建成富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国。社会主义现代化强国必定是科技强国。其中,人是关键因素。

对照这一伟大目标,尤为需要注重培育“飞翔”的潜能。什么是“飞翔”的潜能?简单来说,就是健康的体魄、健康的心灵,要善于汲取外界的养料、修炼内在的素质、凝聚驱动的力量。它能够帮助个体既勤奋,又有好奇心;既树立远大志向,又懂得循序渐进;既培养兴趣,又要做一行爱一行,要有责任担当。

我家里有一副对联,上面写着:千淘万漉虽辛苦,吹尽黄沙始到金。淘金,就是要千淘万漉把黄沙吹掉,最后留下来的才是金子。这也就是说,要得到理想的结果,一定要千淘万漉,一定是要吹尽黄沙。正如习近平总书记所强调的,要得到幸福,就要奋斗,就要付出努力。这是一个真理。

1980年,美国未来学家托夫勒在《第三次浪潮》一书中,预言了即将来临的信息社会。30多年过去了,托夫勒的预言大多成为现实,而且还出现了一系列超出托夫勒预言的新生事物,如三维立体打印、物联网、云计算、大数据、智能机器人、智能交通、智能医疗、智能教育、智慧城市、低碳地球等。

这些新生事物超越了 “第三次浪潮”的范畴,开始进入一个更为先进的新时代。它将是一个信息世界与物理世界大融合的新时代——智能时代。未来已来,我们要更加奋发有为,要积极融入时代潮流,为人类社会的可持续发展贡献自己的力量。

(本文在讲稿基础上作了补充修改。整理人:王珍)

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