还记得全球第一位半机械人“彼得2.0”吗?他是英国的计算机专家,患有渐冻症,2019年底宣布“彼得 2.0”上线,成为由 AI 加持的半机械人,今年6月去世。
“他为未来建立人机融合机器人开了先例,我们复旦机器人学科准备通过生机融合智能机器人、全息智能机器人、至善智能机器人三个阶段,向新物种机器人迈进。”复旦大学工程与应用技术研究院副院长、复旦大学智能机器人研究院院长甘中学,日前在复旦大学管理学院“瞰见云课堂”就“新工科与发明创造”发表演讲。
新工科到底新在啥地方?甘中学说,新工科新就新在“发明创造”这四个字上,新工科既不同于科学的理科,也不同于传统的工科,而是要“构建发明创造工程,突破学科交叉融合”。
深刻理解历次工业革命发展的历史,就可以“窥见”新工科的本质。第一次工业革命的标志物是蒸汽机。可能很多人认为蒸汽机是瓦特发明的,其实瓦特不是第一个发明者,而是远在一世纪的数学家希罗。他观察到当温度上升产生蒸汽后,茶炉就具有了把茶壶顶起来的力量,于是发明了一个“汽转球”,这就是蒸汽机的雏形。直到十四世纪,英国工程师托马斯·赛维利把它做成了最原始的蒸汽机,但它效率不高,不能作为动力支撑工业生产。这时,在学校实验室做实验的瓦特通过一系列分析总结发明了离心调速器,就能有效控制蒸汽机的速度,大幅度的提升了效率,这也是瓦特改良蒸汽机的一个重要标志。后来,瓦特与英国投资家合作申请了专利,使蒸汽机逐渐走向了产业化。
第二次工业革命的标志物是发电机。在法拉第发明发电机之前,奥斯特已经发现了磁现象,安培也证明了磁现象和电流之间的关系,但他们并没有发明动力机械发动机。通过多次实验,法拉第感受到应该是有一个场,使得电磁之间产生转换。由于法拉第没有受到完整的教育,还不能说清楚这一原理。40年后,根据法拉第的实验笔记,数学家兼物理学家麦克斯韦天才地创造了“麦克斯韦方程”。自这以后,特斯拉、西门子发明了直流电机,特斯拉发明了交流电机,令发电机成为第二个潜在动力。直到西门子将直流电机申请专利,并找到投资家使其产业化,成为第二次工业革命的标志。
“可见,发明创造是工业革命的一个爆破点。”甘中学说,从前几次工业革命中能够正常的看到两个循环:一是发明成功的循环,首先是观察得到概念,接着构想设计,然后做实验,实验中遇到不解的问题就去寻求原理,并根据原理设计改造、再实验、抽象原理、再设计改进,循环往复,直至成功。二是产业化的循环。在实验室做出产品是第一步,但要真正走到市场上产业化,还要实现第二个循环,从实验室到公司和投资,再反复实验室,再到公司,再到市场,再到资本。
“新工科建设的要点就是多学科的交叉融合,是科学、人文、工程、管理的交叉融合。”甘中学说,前段时间通过复旦大学的多学科交叉,团队研制出了消杀机器人,一共用了两个月,比过去快2到3倍。
在他看来,新工科培养的人才应该具备第一性原理思维和批判精神的思维,此外还要有观察实验能力、想象构想能力、洞察抽象能力、合成执行能力、协作领导能力。但不见得每一个工科人员都要具备以上所有能力,一个工程科学家具备前三个就足够了。如果还要能做设计,就得往下走,要做工程师就要有前四个能力。如果做产业领袖,就要具备五个能力,特别是要具有协作和领导的能力。
“过去认为工科只培养杰出工程人才,这种观点是比较偏颇的。工程科学家、发明家、杰出工程人员和产业领袖都属于新工科。”他说,为了培养新工科人才,复旦智能机器人研究院提出的口号就是“培育发明创造人才,创建发明创造工程”。
“如果简单地用一个关键词来代替新工科,就是顶天立地:顶天是从0到1的原创,立地是从1到10、到N,这是一个转化的过程。”甘中学说。从1到10强调核心技术攻关,从10到N是要对接市场,形成创新产品,促进新生业态。
新工科背景下,机器人领域在哪些方向可能会出现比较重大的突破?他认为,传统的工业机器人其实就是自动化工具,经过控制机器人的运动代替人类机械化重复性的劳动,但现在要真正把机器人做成人,赋予其感知器官,让它能够像人一样处理各种复杂的事物。另一发展趋势则是个性化的、即插即用的机器人,如扫地机器人、拖地机器人、炒菜机器人等。
人类社会已经历了四次工业革命,中国并不是引领者。在甘中学看来,未来的第五次工业革命或许有两大方向,基于“碳中和”的绿色智能生态革命,以及基于生物科学技术的人类自我革命。中国能否成为引领者?他表示,期待着新工科建设下,涌现出具有前瞻性的工程科学家、发明家、工程大师和产业领袖。
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