瑞士创新信息概述

作者简介

张明龙，1953年3月28日浙台州三门人。1992年在中国人民大学经齐学院完成博士生课程，1995年破格晋升为教授，2011年晋升为浙江省首批二级教授。1999年被评为浙江省有突出贡献专家，1999年获国家曾宪梓教育基金会高等师范院校优秀教师奖，2000年入“151人才工程”第一层次先浙江省2001年获国务院政府特殊津贴，2010年入选台州市终身拔尖人才，2013年成为台州市名家工作室主持人，2020年入选中国哲学社会科学最有影响力学者排行榜。浙江省政协第七、第八届委员，中华诗词协会名誉副主席，中国高校经济理论与思政教改研究会副会长。浙江省重点学科主持人，浙江师范大学经济研究所首作所长。台州学院第一、第二届常务副校长。已出版《区域政策与自主创新》等个人专著和主笔专著57部。在国内文科顶级学术期刊《中国社会科学》等发表论360多篇，其中120多篇发表在CSSCI核心期刊上，有3篇论文呈中央政治局领导决策参考。荣获全国高校经济理论教学改革优秀成果一等奖，浙江省哲学社会科学优秀成果一等奖、二等奖等30多项学术成果奖。张琼妮，1981年10月17日生，浙台州三门人。博士，浙江财经大学东方学院副教授，英国格林威治大学商学院访问学者。主要研究企业管理信息化和创新管理。已主持完成浙江省科技计划软科学项目“基于网络服务平台的区域协同创新模式与机制政策研究”等多个课题，参与研究国家自然科学基金项目，浙江省哲学社会科学规划重点课题、省科技计划重点软科学项目等多项。出版个人专著及第一作者著作4部:《网络环境下区域协同创新研究》《产业发展与创新研究》《新中国经济与科技政策演变研究》《意大利创新信息概述》，还出版两人合著20多部。在《经济理论与经济管理》《贵州社会科学》《河北经贸大学学报》等刊物上发表学术论文40多篇，其中8篇论文分别被中国人民大学复印报刊资料、国务院发展研究中心网全文转载。获得浙江省社会科学界联合会第四届社科研究优秀成果奖等项学术成果奖。同时，个人指导学生学竞赛获得省级二等奖。已被评为浙江财经大学东方学院中青年骨干教师。

内容简介

二、 研制开发机器人的新成果 (一)研发仿生机器人的新信息 1.开发模仿人类行为机器人的新进展 研制能够自动与身边物体互动的婴儿机器人。2006年5月，外国媒体 报道，一个由瑞士、法国和意大利科学家共同组成的研究小组，创造出一 个“婴儿机器人”，它能够自动与身边的物体互动，并通过不断实践学习使用这些物品的最佳方法。这一能力，使得这个机器人具有与人类婴儿一样发展运动技巧的能力。 “婴儿机器人”的躯干上只有一个手臂，它用一对摄像机当眼睛，并有一个能抓东西的手。它具有用桌子上的物体进行物理实验的内在愿望，并能够进行不同形式的互动，同时不断从错误中总结经验教训。例如，如果它没能稳稳地抓住一个东西，它就会记住这个错误并在下一次尝试不同的方式。目前，“婴儿机器人”已经学会掌握的一项能力，就是能将一只 瓶子在桌子上滚来滚去。?????????? 研究人员解释说：“我们用从发展心理学家和神经科学家那里学到的 知识，来进行这一研究。我们所做的与神经科学家是相同的，只不过我们 是从工程的角度来做的。” “婴儿机器人”的 “大脑”，实际上是一个由20台计算机共同运行不同神经系统的电脑组。一个软件能够模仿生物神经系统，并用同样的方法进行学习，即通过建立和调整人造神经元之间连接的力度进行学习。研究人员通过对神经系统软件的调节，以及对机器人学习行为的观察，能够测试不同的神经科学模式。 2.开发模仿动物机器人的新进展 (1)研制传感技术更加敏锐的“老鼠机器人”。2005年12月，国外媒 体报道，瑞士苏黎世大学神经生物学家米瑞姆·芬德领导的研究小组，研 制成一种新型的“老鼠机器人”，它能通过胡须区分不同界面的质地，为 传感技术打开一扇新的大门，使得传感技术更加敏锐，为未来制造出能够 在无光线且极其狭窄的空间中自动运转的机器人提供了启示。 芬德解释说：“这就好像是当你在一间黑暗的屋子里走动时，伸出双 手四处摸索以避免撞上东西一样。” 芬德小组研制的机器人，直径长8厘米，上面装有两排真正的老鼠胡 须，分别在机器人的两边。每根胡须尖上都粘着一个包着薄膜的麦克风。 当胡须从某个物体上扫过的时候，薄膜就会变形，从而传出信号，该信号 经放大后被记录在电脑中。 在实验中，老鼠机器人要在一个四面是墙的环境中摸索，感知周围的 障碍物。当它与某个表面接触时就会停下来，用胡须扫过其表面，然后将 数据记录在自己的电脑中。如果需要的话，它还能够重新调整自己的位置 再进行一次效果更好的“阅读”。 不同的表面会产生不同的信号，引起不同的反应。当机器人接触到一个光滑的表面，如金属表面时，它就会在预置程序的指挥下稍稍退后，然 后再向前迈进并重新触摸一遍。而当机器人遇到一个粗糙的表面，如砂纸 或是纸板表面，它就会以更快的速度后退。 实验结果发现，这种机器人在每四次试验中有三次的判断都是正确的，并能够按照设定的程序行动。目前，芬德正在与苏黎世大学的一个学院合作，尝试为胡须传感设备加装视觉反馈功能。美国西北大学副教授米特拉·哈特曼说，尽管在此之前，也曾有人研制出过能够通过胡须避开障碍物、沿墙前进并区分质地的机器人，但芬德的机器人却是首个能够从任意角度和距离对不同的质地进行区分的。他还说，这就跟动物一样，在结合了其他传感形式之后，机器人身上的胡须用处会更大。例如视觉可以用来确定一个物体的大致位置，而胡须则能够帮助其判断该物体表面的细节特质。 (2)研制像昆虫一样飞行的微型机器人。2006年4月，国外媒体报道，瑞士联邦理工学院克利斯托夫?茹弗里博士领导的研究小组研制出一个微型飞行机器人，重量只有10克，翼展为36厘米，能模仿昆虫的飞行。他们还将进一步缩小飞行机器人的体积，最终将使它成为仅有一只苍蝇大小。 茹弗里表示，许多人从昆虫身上获得灵感，但是迄今为止还没有研制出类似昆虫那样，能在封闭房间里飞行的机器人。的确，在房间里几乎所有的东西，如墙壁、角落、天花板、家具等物体，都会成为微型飞机的障碍物。为了及时发现这些障碍物，飞行机器人必须拥有很强的计算能力和大量传感器，但是这些组成部分都会增加其重量。通常，重一些的飞行机器人为了保持在空中，需要比轻一些的飞行机器人飞行得更快才行。当然，同样还会不可避免地遇到导航问题。 对昆虫的研究表明，苍蝇为了控制在空中的姿态，它会利用自己的复眼，同时通过双翅目，即不发达的第二对翅膀，帮助它在飞行中头朝下时不会发生翻转现象。苍蝇时常会沿直线飞行，发现障碍物时会一直飞到障碍物旁边时，才突然改变90度并重新沿直线飞行。 研究小组把苍蝇的这一飞行能力应用到自己研制的微型飞行机器人上：它利用2台低分辨率微型摄像机模仿苍蝇的视力，2台摄像机分别安装在每个翅膀上。微芯片大小的陀螺仪起着双翅目第二对翅膀的作用。 在实验过程中，这种微型飞行机器人在一间长宽各为7米的房间里试飞，房间墙壁被涂成垂直的黑白条纹，结果它自动飞行了近5分钟。在此基础上，瑞士科学家抓紧研制更小的飞行机器人，它的尺寸可与苍蝇相比拟，并能自动调整自己的飞行高度。? (3)开发出用于“卧底”的蟑螂机器人。2007年11月，瑞士、法国和比利时组成的一个国际研究小组在美国 《科学》杂志上发表研究报告称，在实验中把几个作为“卧底”的蟑螂机器人，混入真蟑螂队伍中，通过程序控制以假乱真的蟑螂机器人，能明显影响整个蟑螂群体的决策，使它们的行为变得怪异。研究人员希望通过蟑螂机器人，来研究像蟑螂这样成群出没的动物如何进行“群体决策”。 蟑螂时常出没在厨房和卧室，给人们带来烦恼。它常躲在墙角旮旯里，出来后又爬行敏捷，难以消灭。现在，人们不用愁了，科学家已着手在蟑螂队伍中培养“卧底”。“卧底”能够影响和改变蟑螂的生活习性，引其出洞，以便剿杀。 法国的研究人员在分析研究蟑螂的行为后发现，蟑螂喜欢群体生活， 但没有领袖，成员都很平等，而蟑螂常会跟随同伴行动。因此，研究人员 认为，如果能在蟑螂队伍中培养“卧底”，就可能把蟑螂带出黑暗的角落。 这些蟑螂机器人外形上并不太像真蟑螂，但体积很小，和真蟑螂的个头差不多。研究人员给机器人外表敷了一个涂层。这种涂层是由不同化合物混合制成的，与真蟑螂身体表面的化学组成成分十分类似。因此，机器人会发出一种蟑螂气味，让真蟑螂确信这是自己的同类。 机器人放入真蟑螂群体后，很快就与真蟑螂“打成一片”。机器人开始参与到群体决策过程中，并显示出“影响力”。比如，蟑螂喜欢黑暗、成群活动，它们的活动决策由两个因素决定：那个地方有多黑、同伴们是否都去那儿。当面对明暗不同的两个藏身地点时，被研究人员编程的几个蟑螂机器人，选择了亮一些的去处。尽管行为稍显异常，但机器人却成了“带头大哥”，整个蟑螂群也跟着一起前往。 科研小组在报告中写道，这说明机器人的确可以改变动物的群体习 性。他们希望这项实验和其他动物机器人研究，能够有助于理解动物行为 及群体决策过程等。 研究人员认为，蟑螂机器人的成功研制及运用，将使人类在控制动物方面取得突破性进展。该项目负责人说：人类利用 “内奸”控制动物，其实是非常古老的方法，猎人和渔民都是这方面的老手。不同的是，现在研究的是混入动物并与其沟通的机器动物。 不过，蟑螂似乎头脑稍微简单了些，对于和自己大小、气味差不多的东西都能欣然接受。专家指出，研制蟑螂机器人只是第一步，科学家还将研制防止羊群集体跳崖、鼓励鸡做运动的各种机器人。科学家们要想打入一群更高等的动物内部，可能就得想办法研制出更精密、更逼真的机 器人。 (4)研制出一条轻易混迹于鱼群中的机器鱼。如果一个机器人混于鱼 群里，它如何跟鱼进行交流、彼此之间会有什么样的反应呢？2017年11 月，有关报道称，为探索这个问题的答案，瑞士科学家组成的研究小组研 发了一条机器鱼，它可以模拟斑马鱼混迹在鱼群之中。设计机器鱼之前，研究人员深入研究了斑马鱼的生理特征，比如形状、颜色、纹理等。他们还研究了鱼的行动，如加速度、线速度、鱼的振动和动作及尾巴移动的规律。研究人员说，通过在动物身上寻找灵感，让机器人与动物交流，既可了解生物，也可了解机器人。 研究人员把机器鱼放进水族馆，让它与5个不同的鱼群交流。事实证明，机器鱼模拟真鱼是成功的，鱼群轻易就让机器鱼加入它们，没有什么问题。机器鱼还可以引导鱼群改变前进的方向。据研究人员介绍，鱼是相当复杂的动物。如果机器动物想混进昆虫群落，机器只需要喷出费洛蒙 (昆虫分泌以刺激同种昆虫的化合物质)就行了。如果想把机器动物放进脊椎动物群，难度要大很多，无论是外观、移动还是振动方式都存在不小难度。 (二)研发应用型机器人的新信息 1.研制服务机器人的新进展 计划开发能记住人名的料理家务机器人。2013年1月，外国媒体报道，瑞士苏黎世大学人工智能实验室一个项目小组计划用9个月时间创造出一个小男孩模样的机器人，它的骨骼和肌肉组织与人类相似，能够记住人名和帮忙料理家务。 据报道，该机器人的身高将约1.2米，由骨骼和覆盖柔软皮肤的人工肌腱组成，目前尚不确定该机器人的具体相貌。研究人员表示，它应成为首个能够协助老年人日常生活的机器人助手。该项目负责人认为：“欧美人口老龄化趋势促使我们思考，如何保障老人的自主生活，以及尽可能地帮助他们料理家务。我们认为，建造机器人助手，或成为未来解决这一问 题的方案之一。” 2.研制检修机器人的新进展 发明可检查下水道等区域的四足机器人。2018年12月，国外媒体报 道，瑞士联邦理工学院一个机器人研究小组研制出一款四足机器人，将其 取名为 ANYmal，这个名字在发音上酷似animal(动物)，其主要功用是代替工人对下水道进行检查。 几乎所有的城市都有着庞大的地下基础设施，这些设施通常只能由专业检查员进行检查。这是一项危险而烦琐的工作，对于工作人员来说，诸如下水道等地，不仅空间狭窄难以进行检查和维修等工作，而且黑暗潮湿的环境也加剧了工作的危险程度。如果能够利用机器人对这些地方进行检 查，工作效率将大大提高。 这款机器人能够进入人类无法进入的区域，一旦发现异常情况，它可以把图片和数据等信息反馈给地面上的工作人员，工作人员可以做到点对点的精准检查。尽管下水道缺乏光线，但该机器人配备的传感器，使其能以轻松的步伐穿过浅水道，同时对下水道区域进行检查。 除此之外，这款机器人还可做很多事情。它不仅可自主行走，还具有视觉、听觉和触觉等感官能力。例如，它能够读取机器上的气压显示，识别声音和识别物体，确定灭火器是否在正确的位置。机器人甚至可以自己 执行某些手动任务。它配有一个额外的夹臂，可以打开门、处理垃圾或按 下电梯按钮。它可以识别环境温度并检测空气中是否存在异常气体。 目前，这款机器人处于测试阶段，研究人员也正在对它进行改进，希 望能尽早把它应用到实际需要的领域。 (三)研发机器人的其他新信息 1.开发柔性机器人的新进展 (1)研制能在体内“游泳”的柔性微型机器人。2019年1月，由瑞士 苏黎世联邦理工学院布拉德利·内尔松主持，洛桑联邦理工学院塞尔曼·萨卡尔及英国剑桥大学同行参与的研究团队，在《科学进展》杂志上发表 研究报告称，他们开发出一款柔性微型机器人。它像活体微生物一般，可在有液体的地方 “游泳”，未来有望通过血管把药物送达体内的病灶组织。 内尔松说，自然界有许多随环境变化而变形的微生物，他们由此受到启发，开发了这款机器人。它由凝胶状纳米复合材料构成，凝胶内有磁性纳米粒子，可被电磁场控制，也可以自行在体内运动，不需要传感器或制动器即可变形。 据悉，这款机器人可在有黏性或快速流动的液体中移动，并不会引起 身体的排斥反应。在通过狭窄的血管等曲折的系统时，它的速度、方向和 可控性都不受影响。萨卡尔介绍道，这款机器人长度约1毫米，借助其他 技术它还可以变得更小。他还说，这款机器人造价不高，目前研究团队正 在改善其在人体体液内的运动表现。 (2)着手开发可自我修复的柔性机器人。2019年8月9日，新华社报 道，瑞士与英国、比利时、法国、荷兰等多国科学家组成的一个研究团队 正在合作研发一种新型柔性机器人，它无须人类帮助就可实现自我检测和 临时修复，从而继续开展工作。 这一项目目前已获得欧盟委员会的资助，预计耗资300万欧元。研究 人员介绍说，自我修复材料未来可应用于不同类型的机器人，包括模块化 机器人、教育机器人及进化型机器人等，都有很好的应用前景。报道称， 研究团队将利用机器学习技术来对这些材料建模和整合，开发出具有自我 修复能力的传感器和驱动装置，最终目标是把它们与机器人平台结合，以 便开展一些特定任务。 2. 实施机器人产业发展的新计划 启动信息共享的机器人地球计划。2011年2月9日，英国广播公司报 道，由瑞士联邦理工学院马克斯·魏贝尔等35名欧洲科学家组成的研究团 队启动了机器人地球计划，试图让机器人共享信息并存储它们的发现。这 意味着机器人很快将拥有自己的互联网和维基百科。届时，当机器人执行 任务时，它们能下载数据，并寻求其他机器人的帮助，更快地在新环境下 工作。执行该计划的研究人员希望，该研究能通过给机器人装备人类创造 出来的、不断丰富的知识库，让机器人更快地为人类服务。 魏贝尔表示，机器人地球的指导思想是研发出一种可行的方法，能够帮助机器人编码、交换信息，以及对知识进行再利用等。他说，现在大多数机器人都用自己的方式来看待周围的世界，几乎没有统一的标准；而大部分机器人学家也都让机器人用自己研发的方式来积累数据。这就让机器人学家很难共享知识或在某个领域取得重大突破，因为每个机器人学家都在解决同样的问题。 与现有状况不同，机器人地球项目希望能够定义机器人积累的信息，以便让所有机器人能发现并使用这些信息。魏贝尔介绍到，机器人地球既是一个通信系统，也是一个数据库。在这个数据库中，将会有机器人工作地点的地图信息、机器人遇到物体的描述，以及如何完成不同的行为的指令。 研究人员表示，该项目为期4年。现在，初期工作已取得一些阶段性的成果，例如他们已研发出一种方式：让机器人可以下载要完成的任务并执行该任务；机器人也可以将修改后的位置地图上传到该数据库中供其他机器人分享。魏贝尔说：“机器人对人类的重要性与日俱增，诸如机器人地球这样的系统必不可少。”机器人地球也有望成为日益庞大的服务型和家居型机器人的助手，未来10年内，服务型和家居型机器人可能会“飞入寻常百姓家”。 本书以瑞士近十年的发明创造为基础，着手从现实科技活动中搜集整理创新资料。内容包括加工制造领域的创新信息、电子信息领域的创新信息、光学领域的创新信息、天文领域的创新信息、材料领域的创新信息、材料领域的创新信息、环境保护领域的创新信息、交通领域的创新信息、生命科学领域的创新信息、医疗与健康领域的创新信息。提供了全面的尖端科学领域的前沿创新信息资料，对相关科研领域甚至大众日常工作生活具有较高的启发性，适合关注科技创新的大众读者及科技创新相关领域的学生、学者阅读。