火星上國旗舒卷——智能制造為新材料創(chuàng)造無限可能

 

　　距離地球150萬公里的火星上，“天問一號”探測器上的五星紅旗在外太空依舊傲然屹立。這是如何做到的？“原理很簡單，加熱！”智能制造助力新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上，中國科學(xué)院院士、哈爾濱工業(yè)大學(xué)教授冷勁松解答了“天問一號”舒卷國旗背后的奧秘——通過精確控制形狀記憶材料結(jié)構(gòu)狀態(tài)，實現(xiàn)國旗的卷繞收納與釋放。

 

　　但通過加熱控制材料結(jié)構(gòu)狀態(tài)并不容易。“這需要4D打印技術(shù)！”冷勁松解釋說，3D打印是用增材制造打一個復(fù)雜架構(gòu)，4D打印在此基礎(chǔ)上有了時間變形等功能。比如打印鳥巢，初始狀態(tài)是鳥巢的形狀，加熱變軟后可以壓縮，如果需要恢復(fù)到原來的形狀再次加熱即可。而打印鳥巢的智能材料結(jié)構(gòu)是一種能感知外部環(huán)境變化，并能主動響應(yīng)的多功能材料結(jié)構(gòu)。

 

　　冷勁松表示，目前可編程智能材料的4D打印技術(shù)研究掀起了學(xué)術(shù)界和工程界廣泛的研究熱潮，為智能材料與結(jié)構(gòu)應(yīng)用的進(jìn)一步發(fā)展提供了無限空間和可能性，同時也推動了諸多高科技領(lǐng)域的發(fā)展。

 

　　產(chǎn)業(yè)升級，材料先行。材料是國家制造業(yè)的基礎(chǔ)，新材料研發(fā)水平及產(chǎn)業(yè)化的規(guī)模，成為衡量國家科技與經(jīng)濟(jì)實力的重要標(biāo)志。

 

　　“近年來，我國碳纖維及復(fù)合材料以國防航空航天需求為牽引廣泛應(yīng)用，逐步拓展到民用的各個領(lǐng)域。”智能制造助力新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇承辦方江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院院長助理姚正軍認(rèn)為，智能制造帶來了一把“金鑰匙”，高性能、低成本、高效率的制造技術(shù)已經(jīng)成為碳纖維及復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)蛻變的“基石”。

 

　　不只是記憶材料，碳纖維的廣闊市場也引起了廣泛討論。澳大利亞工程院院士、江蘇產(chǎn)研院先進(jìn)復(fù)合材料成形技術(shù)與裝備研究所所長葉林認(rèn)為，碳纖維復(fù)合材料的大量應(yīng)用還是取決于將來的市場，包括建筑、能源、汽車、軌道、交通等領(lǐng)域。近年來提出的不同尺度上的復(fù)合材料智能制造關(guān)鍵技術(shù)，可實現(xiàn)復(fù)雜結(jié)構(gòu)件的一體化成形，為先進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的低成本快速制造提供有效的技術(shù)途徑。

 

　　“針對關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)中控制精度低的問題，我們率先將光纖傳感技術(shù)應(yīng)用于碳纖維制造過程，在線采集關(guān)鍵工藝溫度數(shù)據(jù)，高精度檢測和控制原液溫度和凝固液溫度。”我省碳纖維龍頭企業(yè)中復(fù)神鷹碳纖維股份有限公司副總經(jīng)理金亮同樣用上了智能制造的“金鑰匙”，通過自主創(chuàng)新打破國外技術(shù)封鎖，在國內(nèi)率先實現(xiàn)萬噸級產(chǎn)業(yè)化。

 

　　“智能制造最終還是要回歸‘人’的主體性。”在金亮看來，智能化就是機(jī)器取代人的經(jīng)驗，把人的經(jīng)驗反映到機(jī)械，用程序化控制實現(xiàn)智能化。“機(jī)器有了‘人’的經(jīng)驗，對碳纖維生產(chǎn)全流程進(jìn)行更有效地檢測和可視化。”金亮表示，目前，公司已實現(xiàn)高性能碳纖維制造工藝、設(shè)備、能耗、質(zhì)量全流程的智能化生產(chǎn)與數(shù)字化管理。

 

　　醫(yī)療機(jī)器人前景廣闊——把握智能制造與人本身的結(jié)合點

 

　　要想實現(xiàn)數(shù)字化時代的彎道超車，亟需把握智能制造與人本身的結(jié)合點。“人工智能在醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)揮著非常重要的作用，達(dá)到醫(yī)療精準(zhǔn)化、個性化的目的。”在智能制造助力醫(yī)療裝備發(fā)展論壇上，南京醫(yī)科大學(xué)原副校長李建清對人工智能在醫(yī)療機(jī)器人方面的應(yīng)用抱有信心，例如在居家康復(fù)中，利用人工智能對康復(fù)訓(xùn)練的模式進(jìn)行智能化的評判，并設(shè)計合理的康復(fù)范式。

 

　　康復(fù)機(jī)器人的發(fā)展，不能僅僅面對冷冰冰的康復(fù)機(jī)器，這成為了目前許多臨床醫(yī)生的共識。李建清介紹，情緒障礙與神經(jīng)功能的受損程度密切相關(guān)，通過運(yùn)動、情感的交互，可能會達(dá)到非常好的康復(fù)效果。“如果治療師引導(dǎo)運(yùn)動，比簡單的器具康復(fù)效果更加有效。我們正在研發(fā)身心康復(fù)機(jī)器人，整合精準(zhǔn)的認(rèn)知干預(yù)治療，促進(jìn)患者在身體和心理雙重層面回歸生活和重返社會。”

 

　　“比如通過5G聯(lián)網(wǎng)，可以讓遠(yuǎn)在千里之外的華西醫(yī)院醫(yī)生為藏區(qū)百姓進(jìn)行CT操作，另外還可以將智能設(shè)備搬到車載環(huán)境中，相當(dāng)于一個超級的‘救治方舟’。”李建清認(rèn)為，智能制造技術(shù)的升級帶動醫(yī)療資源的跨地區(qū)流動，移動的治療方案使醫(yī)療的可及性大大提升，通過5G的數(shù)字化解決方案，遠(yuǎn)程介入優(yōu)秀醫(yī)療資源。

 

　　智能制造已經(jīng)隨著技術(shù)的升級逐漸滲入到生活的各類場景，甚至可以伴隨人的活動進(jìn)行24小時健康監(jiān)測。“華為運(yùn)動健康整體的戰(zhàn)略就是圍繞手機(jī)終端構(gòu)建全場景的生活延伸，為用戶提供全生命周期的健康管理服務(wù)。”華為運(yùn)動健康研究總監(jiān)圣榮介紹，目前，智能健康設(shè)備已經(jīng)提供了比較豐富的檢測能力，包括脈搏、心率、心電、血壓、血氧、體溫和體脂等，在APP端呈現(xiàn)多模態(tài)的健康指標(biāo)和變化趨勢，還可以通過簡單的一鍵AI篩查實時預(yù)警風(fēng)險。“未來，我們將持續(xù)利用科技發(fā)展，進(jìn)化人類身體智能的感知，把數(shù)字健康帶給每個人、每個家庭和每個行業(yè)。”

 

　　“面向人民生命健康，醫(yī)療裝備是醫(yī)療衛(wèi)生的重要基礎(chǔ)，事關(guān)健康中國戰(zhàn)略和制造強(qiáng)國戰(zhàn)略的實施，也代表了多學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新水平。”長三角國創(chuàng)中心副主任、江蘇產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院黨委書記羅揚(yáng)介紹，我省醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居全國第一，醫(yī)療器械產(chǎn)品注冊數(shù)和備案數(shù)同時位列全國第一位。“面對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機(jī)遇期、窗口期，將數(shù)字化、智能化技術(shù)與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展作為主要方向，實現(xiàn)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)從高速增長向高質(zhì)量發(fā)展的轉(zhuǎn)變。”

 

　　賦能“城市生命線”——人工智能與先進(jìn)制造深融

 

　　人工智能與先進(jìn)制造的深度融合，不僅勾勒出日新月異的數(shù)字社會，也讓實體經(jīng)濟(jì)活力更足、動力更強(qiáng)。在人工智能賦能智能制造分論壇上，與會專家用一個個生動的AI智能制造應(yīng)用案例，推動我省新型工業(yè)化邁上新臺階。“當(dāng)然，人工智能再智能，最終還是以人的經(jīng)驗為依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。”多個專家如此說道。

 

　　面對著城市建設(shè)這樣復(fù)雜的系統(tǒng)，人工智能能做什么？江蘇未來城市應(yīng)用研究所所長王慶給出了面向未來的城市智能圖景。“城市里物體的物理描述，比如道路、建筑物、林田湖草，將其轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)在計算機(jī)內(nèi)‘重生’為‘數(shù)字孿生’，賦能智慧城市分析和決策。”

 

　　以供排水、燃?xì)?、橋梁等城市運(yùn)行的“城市生命線”系統(tǒng)為例，今年，江蘇在南京、無錫、蘇州、徐州、南通、宿遷、昆山7個城市，試點先行推進(jìn)城市生命線安全工程建設(shè)，運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，對管線等基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)行開展綜合監(jiān)管和智慧監(jiān)測，提升安全管理水平。“城市生命線安全工程聚焦燃?xì)獗ā⒊鞘袃?nèi)澇、供水爆管、橋梁倒塌、路面塌陷等7個風(fēng)險場景，未來，結(jié)合國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)，還有更多應(yīng)用場景正在開發(fā)中。”王慶說。

 

　　智能制造依托人工智能，而人工智能的發(fā)展需要算力的“喂養(yǎng)”，因此，算力資源的升級對人工智能的進(jìn)化尤為重要。而算力和數(shù)據(jù)從哪里來，到哪里去，都需要連接能力的保駕護(hù)航。“沒有連接能力，算力就達(dá)不到應(yīng)用需求；沒有數(shù)據(jù)的傳輸，就不可能做到智能化。”中興通訊股份有限公司副總裁段向陽現(xiàn)場展示了一張南京濱江5G智造工廠平面圖，5G+人工智能在其中得到了多維度應(yīng)用，包括云化AGV、云化PLC、機(jī)器視覺等，覆蓋生產(chǎn)的全過程。

 

　　“通過連接+智能，我們更好地為生產(chǎn)智造環(huán)節(jié)進(jìn)行AI賦能，讓生產(chǎn)更靈活，環(huán)節(jié)更簡化，達(dá)到提質(zhì)、降本、增效。”段向陽介紹，中興通訊布局的南京濱江5G智造工廠是非常典型的“黑燈”工廠，在生產(chǎn)車間很少看到人的身影，而是用5G技術(shù)+智能+信息數(shù)字化進(jìn)行人力替代和加持。“單點的算力是不夠的，通過網(wǎng)絡(luò)把分布式的算力融合在一起，更好地提升智能訓(xùn)練和推理效率，這也是連接+智能的理念。”

 

　　“用人工智能賦能智能制造，對長三角地區(qū)來說需求迫切。”江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院高級顧問胡義東總結(jié)道，長三角國創(chuàng)中心體系著力推進(jìn)人工智能賦能智能制造，其中，在上海打造7個功能級平臺，在江蘇創(chuàng)建17個研究所，正在“多點開花”并肩作戰(zhàn)。