中国科学院院士褚君浩:第四次工业革命和智能时代

来源:信息化时代

第一次工业革命起源于英国,以机械化为特征。第二次工业革命,以电气化为特征。第三次工业革命,以信息化为特征。现阶段,正值第四次工业革命,此次工业革命具有以下三个特征:信息科学技术在物理、数学、生物基础上进一步提升;多领域涌现发明和发现,多轨并行、交叉推动;信息科学技术和多领域科学技术深度融合,将信息渗透到各个领域,以信息技术提升能级。

中国科学院院士褚君浩

  新工业革命的技术态势主要体现在六个方面:第一,智能化分布式新能源系统、能源互联网;第二,智能化复杂体系、人工智能、智慧城市;第三,智能化制造技术、先进材料、极端制造;第四,智能化诊断、修复技术、智慧医疗;第五,传统工业的智能化升级;第六,互联网、传感器、物联网、大数据。

迎接智能时代

智能时代的核心是智能化系统,智能化系统有“三大支柱”——动态感知、智慧识别、自动反应。

动态感知可以看作智能化系统的“五官”,由于二维码、条形码并非动态,所以智能化系统需要依靠传感器,达成动态感知;智慧识别可以看作智能化系统的“脑子”。智慧识别需要依靠大数据分析,而大数据分析主要体现在两个方面,一个是文本大数据,另一个则是物理大数据;对于自动反应而言,现有的基础信息平台,如互联网、物联网、集成电路、芯片技术、通信技术,可以极大程度地提高智能化系统的自动反应能力。

智能系统可实现在某个特定区域内,实施多个行为。随着区域越来越大,行为越来越多,智能系统的智能程度便越来越高。

以智慧城市为例,智能系统建立在互联网、物联网、大数据、云计算的基础信息化技术上,故智慧城市至少应该有四层架构:感知层、互联层、分析层、反应层。智能系统在城市综合管理、 交通物流贸易、能源环境安全、医疗文化教育和城市社区安居五大方面得到广泛应用。

实现智能化的两个核心技术

实现智能化需要两个核心的技术,一个是通过传感器芯片实现的实时感知技术。另一个是通过模型和通过大数据的分析实现的智慧分析系统。

传感器,作为一种器件,它可以把光、声、热、电子、生物信号变成电信号。传感器领域非常重视基础研究,缘于基础研究可以提供方法、手段、模型、理论。针对不同运动形式的器件,需要发现其规律,进而在技术上提高、实现,从而做成传感器。

以光电传感器为例,智能时代背景的下光电传感器,需具有以下几个器件:少光子、单光子、光子数的可分辨的红外探测器;超大规模焦平面列阵器件;不同波段光电器件;多波段融合光电器件;室温工作红外焦平面器件;新型读出方式焦平面器件。我们要清楚材料器件的物理结构,并能精细描述和控制,从而提升技术水平并达成创新。

传感器是智能化系统中重要的核心技术,发展高性能的传感器芯片非常重要,要以更低的成本,实现更快的速度,更智能化的应用。有了好的传感器,就能握紧核心技术,再通过互联网的技术,把传感信息传递出去加以分析,进而实现传感器的多功能集成化、无线通信化、柔性化、微型化。

智慧分析系统的核心技术,就是智慧分析、模型分析、大数据分析。现阶段,我们处于一个“波动”的世界中,每种波都有其频率、强度、相位、偏振。人们会先将获取到的波谱特征存入数据库,之后将测量到的波谱与数据库中的数据进行对比,继而进行分析和判断。

新工业革命对制造业的影响

基础研究是历次工业革命的“科学源泉”,其在历次工业革命中得以发展。基础研究将推动第四次工业革命发展,在智能时代背景中催生出新发现、新技术。

工业革命总是与科技革命相伴而生,制造业也逐渐从传统迈向智能化时代。随着工业机器人、3D打印、数字化工厂取代了传统的人工,使得劳动力成本占总成本的比例不断减小,导致我国很多制造行业面临生存危机,但其也促进了人工智能机器人的发展。

未来,网络共享的经济模式会衍生出分布生产模式,如智慧工厂和互联网工厂。制造业转化的趋势,有以下五点:驱动力由依靠资源和投资,转变为依靠技术进步;生产能力由依靠扩张,转变为依靠技术能力的积累;由生产型制造,转变为服务型制造;制造业的价值链向高端发展;由挤压环境,转变为对环境友好。

在新工业革命的应对措施方面。首先,应该做好推进新工业革命的顶层设计。其次,要积极投资新工业革命需要的重要基础设施,包括宏观的新基建,以及各省、市、乡、镇的基础设施建设。再次,要培育创新环境,推动技术创新浪潮。构建未来产业的培育体系,引导产业创新。最后,推动适应新工业革命需要的机制、体制建设。其中,有四个方面的工作需要加强,第一,加强科学规律和核心技术、产业发展的三部曲。第二,加强实验室成果的中试研发,企业要提早介入,政府要分担风险。第三,切实加强产学研合作,建立产学研联合实验室、联合研发中心,政府要引导支持。第四,要提高企业的自主创新意识,增强自主创新能力。

(本文根据中国科学院院士褚君浩公开演讲整理而成,未经本人确认。)

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