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来源:企业供图

创新创业的下一个趋势在哪里?我们听科学家们怎么说

2020-11-11
科学家们分享了脑机接口、电子皮肤、量子力学等领域最新发现。

【猎云网(微信:ilieyun)北京】11月11日报道(文/黎曼)

过去二三十年,我们在智能手机硬件设备、互联网技术上取得了惊人的成绩,诞生了诸如腾讯、阿里、华为等一众优秀企业,改变了我们的生活方式,为社会的发展带来了深远影响。

技术应用的突破,资本的加速助力,使得科技的力量正一点点渗透进世界的每一个角落。

所以,这些明星企业和企业家们站上了时代的舞台中央。但追根溯源,每一项技术领域的突破都离不开基础科学的理论支撑,离不开在基础科学上付出努力的一批批科学家。可以说,这些企业家的成就是站在这些科学家的肩膀上完成的。

在科技圈,很多人都知道马化腾从小都有一个科学梦,尤其酷好天文,因此也流传出一段孩提轶事。小时候,马化腾曾向父母要求一台天文望远镜,却被父母拒绝了,他在日记里认真地写道:"爸爸妈妈扼杀了一个科学家的梦想。"

功成名就后的他,砸了10亿成立科学探索奖为科学家颁奖引人侧目,并且,还不问回报,每年砸重金举办腾讯科学大会,如今已办8年。

马化腾曾对负责腾讯科学大会的李航,也是腾讯青年发展委员会副主席说,“我们在这个舞台上不谈竞争,不谈商业,只仰望星空,只看未来。”值得一提的是,2017年,科学大会还邀请到了物理学领域的巨擘,霍金。

一定程度上,腾讯科学大会变成了马化腾“科学梦”的承载,也是科技企业对科学家们的一种致敬和感恩。两年前,腾讯打出了“科技向善”的口号,也从侧面体现了马化腾对科技的重视,以及他对科技的愿景和态度。

疫情下,这些基础科学领域的科学家们又带来了不少好消息,人类在粒子物理、器官复刻、脑机接口还有火星存在生命迹象的探索上,都有了最新发现。

11月7日,腾讯科学WE大会继续承担科学普及的任务,邀请了来自四大洲、六个国家的七位全球顶尖科学家,包括:当代最伟大的理论物理学家之一的Steven Weinberg、量子物理学家潘建伟、脑机接口先驱 Miguel Nicolelis、人造皮肤领域“材料大师”鲍哲南、金星生命迹象发现者Jane Greaves等,在线上相聚,分享的科学话题包括地外生命、脑机结合、人造皮肤、器官复刻。

由于疫情,今年科学大会没办法在线下相聚,只能通过线上录制。他们此次分享了包括地外生命、脑机结合、人造皮肤、器官复刻等话题。科学家Miguel Nicolelis、鲍哲南还接受了国内一众媒体的访问。

猎云从中摘取了几位在当前创业中有所应用和启发的该领域科学家的分享,他们是脑机接口先驱 Miguel Nicolelis、人造皮肤领域“材料大师”鲍哲南、量子物理学家潘建伟。

我们还可以从他们的分享中畅想,下一次带来重大突破的创新创业机会的可能会在哪里。

杜克大学神经生物学、神经学和生物医学工程教授Miguel Nicolelis:不认同马斯克,脑机接口技术主要在医疗领域带来福音

“脑机接口”一词从不缺乏热度,它的热度主要是由那位天马行空,充满奇幻想象力的创业者,埃隆·马斯克带来的。

今年8月,埃隆•马斯克创办的Neuralink(其创立的脑机接口公司)宣称通过脑机接口技术可以实现“意念控制”,甚至宣扬未来利用人脑数据读取可实现“数字永生”,并且将脑机接口设备植入了猪的身体中。

在Miguel Nicolelis看来,马斯克的说法更像是一种用来吸引眼球的营销手段,“他(指马斯克)讲的这些我一个字都不同意。”

“不会有心灵感应,也不会有永生。作为这个技术的创造者,我认为像科幻电影或小说里提到的,通过脑机接口来实现意念控制是不可能的,没有任何科学依据。我非常遗憾马斯克给出了这样错误的说法,这种说法没有任何科学基础。”Miguel Nicolelis在腾讯科学WE大会期间接受媒体采访时表示。

他认为,“任何一种入侵性的方式都有着自己的风险。对于患者来说,首先要考虑的还是患者本身的安全。所以从这个角度,我认为Neuralink公司的思路是一个死胡同,因为其给出的只有这样一个植入的解决方案,而这个解决方案我认为仅仅适用于那些别无选择的、非常严重的患者,但对于大部分人来说,还是应该采用非入侵性的,以脑电图为基础的解决方式。”

1998年开始,Miguel Nicolelis就和同事着手研究脑机接口技术,希望将活体动物或人类的大脑与设备直接连接。

Miguel Nicolelis最初的实验是在猴子身上进行的,之后逐步实现了人类实验。第一个实验是让一只恒河猴学会了玩电子游戏。这个游戏的规则是,让光标穿过显示屏上随机出现的一个球体,由猴子通过操纵杆来完成。

每一次光标成功穿过目标,猴子就能得到一滴喜爱的橙汁作为奖励,每次正确完成操作,我们就会记录下它大脑中100个神经元的活,然后把这些脑电信号发送给一组计算机。由它们来提取其中的运动指令 ,将其嵌入、然后转化为机械手臂可以理解的电子指令。

猴子对游戏越来越熟练,每天玩一个小时,准确率能达到99%以上。从而验证了大脑从身体的束缚中解放出来,使之能够直接与外部世界互动。

后来,他们又开启了更进一步的实验:猴子能不能弄明白,它只需要动脑想象,就可以让机械手臂控制光标,然后和之前一样得到果汁呢?”

从结果来看,它做到了。猴子的身体没动,手臂也没动,只是想象着把光标移到目标内。与此同时,电脑记录下猴子大脑发出的电信号,提取其中能够控制真实手臂活动的运动指令,转变其路径,使之控制机械手臂来完成游戏。逐渐地猴子能越来越熟练地,用大脑控制机械手臂完成游戏,无需任何身体动作。

这只是脑机接口发展之初的情况,在过去20多年里,Miguel Nicolelis制造出了很多不同种类的脑机接口。比如同时控制两只机械手臂的,还有控制腿部的,最为复杂的一种,被称之为“脑-机-脑接口”。

Miguel Nicolelis介绍了另一个实验来证明动物能够学会使用搭载了无线传输技术的脑机接口来控制一辆自动驾驶设备,载着某一对象从房间里的某一随机位置出发,到达目标位置。取走我们放在那里的东西,而整个的过程全部通过思考完成。

通过这一发现,转化成新的治疗手段,来帮助全世界2500万因为严重的脊柱损伤而在痛苦中挣扎的人们。这样的损伤一旦发生,病人就会丧失感觉和活动能力。受伤部位以下的身体无法动弹,因为大脑发出的包含着运动指令的电信号,无法再通过脊柱中的神经传输至身体的边缘部位。

“如果制造出一种计算机电子旁路,将采集到的脑电信号绕过损伤部位,以数字形式传输至一个可穿戴式的全新机械身体中,病人可以通过大脑控制该机械身体 使其移动到某一位置。”

2014年在巴西举办的世界杯足球赛上,Miguel Nicolelis设计的“脑控下肢机械外骨骼”帮助一名瘫痪的巴西年轻人,完成了为世界杯开球。

他向媒体介绍,脑机接口技术开始于医学领域,并且在该领域取得了相对较多的进展。在其他领域,脑机接口会有很多很有意思的应用,但都处于非常初级的阶段。

当前,除了马斯克,我国也有为数不多的创业公司,试图将脑机接口技术用在医疗康复、智能教育和游戏上面,但是目前进展缓慢。

Miguel Nicolelis透露,未来他们将发布第三代脑机接口技术,“我们希望能够把传感器采集的信号以大脑能够理解的方式传输给大脑。并且相信未来5年会有重大突破。”他表示,未来,神经科学和脑机接口的研究,可以帮助抑郁、癫痫、阿尔兹海默症和帕金森等患者提高生活质量。

斯坦福工程学院化工系系主任鲍哲南:电子皮肤未来可能取代智能手机,成为智能设备终端

“你今天有没有带你的手机?如果我们将来的生活根本没有手机会是怎样的?”

鲍哲南团队在几年前提出一个大胆的设想,认为手机的功能会融入到我们所穿的衣服当中,我们所贴在身上的电子器件和我们所种植到体内的电子器件中。她认为将来的电子工业将会有一个巨大的改变,将会用像人造皮肤一样的电子器件进行人和人之间的沟通。

这就是鲍哲南的电子皮肤的理念。在她看来,电子皮肤必须像人的身体一样,可以覆盖在身体上而不会束缚人的运动,同时也不会碎裂,这个电子皮肤在身体上的时候也必须要能够工作。基于此,电子皮肤必须要解决三个问题:

首先,电子皮肤所用的电子材料不能再是刚硬的,因为刚硬的材料放在身体上,当身体在运动的时候,这些材料就会断裂。所以必须把这些材料做成像皮肤一样的柔软,像皮肤一样可以拉伸,甚至可以自修复,生物降解。

其次,这些材料还需要把它们做得真正可以感受到不同的物体。

再者,我们的皮肤可以感受到不同的知觉,使用电子皮肤的话,如果我们的大脑不能处理这些信号的话,还是没有感觉,所以皮肤的信号或者人造皮肤的信号需要能够和人体结合起来。

鲍哲南针对这三点进行了大量的实验,目前已经有了重大突破。首先是材料,鲍哲南提出用那些可以自己修复的化学键去制作这些新型的电子材料,使所得到的电子材料,即使其中的化学键断裂之后,它们也会自己重新修复,就有了可拉伸性和自修复性,甚至可以有生物降解的性能。

下一步需要做的是将这些材料做成灵敏的传感器,它既需要有灵敏度,也需要可以分辨不同的外界的信号。鲍哲南早期开发一个可以测压力的传感器,是用小的金字塔做成的形状,当塔尖接受到压力的时候,塔尖会变形,使得电信号改变,但压力更加大的时候,塔底也会变形,使得电信号的改变更加大,这样我们就可以测出不同的压力。

最后需要做的就是,所接收到的信号让大脑可以理解。人造皮肤必须能够把传感器所得到的信号改变成这样子的脉冲的信号,那有了这个信号之后,还需要把这个电信号直接接到我们的神经,通过神经才可以传输到大脑,所以人造皮肤必须非常柔软,必须不伤害到我们的神经或者大脑。

鲍哲南透露,现在已经把它植入小老鼠的身体小老鼠可以正常地运动,正常地生活证明这些人造皮肤是确实是可以和生物体系相容的。

“25年前,当我开始我生平的第一个科学生涯的时候,我当时就有一个梦想。我的梦想是,将来所有的电视屏幕都会变成可折叠性的。我们可以放在口袋里,也可以随时随地拿出来用。”

那时,是一个还没有手机出现的时代,鲍哲南就已经开始设计新的材料,去发现怎样能够把折叠屏幕做成柔性的。经过8年的研究,他们做出了世界上第一款可以折叠的屏幕。

中国科学院院士、量子物理学家潘建伟:量子力学正在解决计算机算力的瓶颈

在互联网时代,我们所有应用都依赖计算机对数据的运算。随着数据呈指数级增加,我们的计算机能力变得有限,遇到了瓶颈。

当前,不少大数据处理公司出现在大众视野中,试图为一些需要处理大量数据问题的企业提供解决方案。

但是,当前的解决方案只是在不断优化中做99到100的事情,要取得突破性0到1的进展还要从底层理论中来找到答案。

“如果把全球的所有的计算机的计算力加在一起,一年都没办法完成对2的90次方个数据的穷举搜索,传统的发展模式目前已经受到了严重的制约。因为摩尔定律正在逐渐地逼近极限,那么大概会在不到十年左右的时间,晶体管的尺寸大概就会达到原子尺寸——亚纳米水平,这个时候,晶体管的电路原理将不再适用。”潘建伟表示。

那么怎么来解决这些问题?潘建伟给出的答案是:量子力学。

现代信息技术基于量子力学理论诞生。如今,它将解决算力不够、信息传输不安全等问题。

潘建伟介绍,量子计算本质上,目前的国际学术界大概把它们分成三个阶段:

第一阶段:我们希望能够造出一台机器来,这台机器在计算某个具体的问题上,它可以比目前最快的超级计算机算的快。那么为了达到这个目标,我们大概需要有50个量子比特的相干操纵,这是当时我们学术界的一个目标之一。

第二阶段:我们希望能够操纵数百个量子比特的这么一种量子计算机,这叫做专用量子模拟机,那么利用它可以来揭示若干经典计算机无法胜任的一些计算任务。

第三阶段:我们希望能够来实现一种可编程的通用量子计算机。

除了量子计算,潘建伟又介绍了量子通信方面的相关应用,其中一个就是所谓的量子秘钥分发。比如有两个人为了进行安全的通信,可以先送一系列单光子,处于各种各样状态的单光子,由A送给B。利用安全的秘钥分发可以实现了加密内容不可破译的安全的量子通信。

“随着量子计算的发展,我们可以把它用到经典密码的破译、气象预报、金融分析和药物设计等多个方面,这些都是它未来可以应用到的相关领域。”

这场大会,除了让我们关注到技术突破外,也让我们有了关注人类家园命运的意识,因为一切成就的背后都需要一个我们赖以生存的健康的地球。

腾讯CXO网大为也在开场致辞中提到,从森林大火到台风洪水和前所未有的高温天气,全球肆虐的气候灾害表明 “地球正在改变”,人类正经历着地球历史上的一个特殊时期,所以人类一定要要保护这个唯一的家园。

他表示:“人类现在必须重构地球上的重要基础设施,同时不对地球环境产生负面影响。”

网大为举例,要保护水源减少废物排放和污染;要发展智慧农业,在降低资源消费的同时提高粮食产量;要推动生产力的发展,实现货物运输和人员交通的零污染或极低的碳和其它污染物排放;要不断改善自身的健康和安全水平要在全球范围内监测疾病和病菌的传播,助力开发切实有效的解决方案,以应对疫病和其它重大疾病的爆发。

“通过建设这种具有强大恢复能力的体系,我们不仅可以实现更高的生活品质,也能从根本上为人类的未来保驾护航,从本质上讲,这种能够满足人类食物、能源、水和健康需求的智慧体系,将会是人类作为一个物种的重大进步。”

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