2018年世界科技发展回顾(下)

时间:2019-09-10 08:00:01 来源:新闻快讯网娱乐 当前位置:飞扬谈社会 > 大全 > 手机阅读



人工智能与先进制造

美国:AI应用扩大需警惕风险,3D打印技术潜力可期


2018年美国在人工智能领域依然占据全球领先地位,科学家开发出多种新算法,达成创建“可视化”人工神经网络、追踪动物运动及行为、识别地震后余震出现地点、预测基因组修复结果等目标,逐步推动人工智能向前发展。同时,人工智能应用范畴逐渐扩大,尤其是在医疗领域,食品和药物管理局首次批准利用人工智能的医疗设备上市销售,让人们对医疗领域人工智能应用充满期待。而2000多名人工智能领域专家共同签署《禁止致命性自主武器宣言》,揭示人工智能发展可能带来的道德及现实风险,则再次警示世人应理性发展人工智能。


借助新材料、人工智能等技术的进步,3D打印为代表的先进制造技术稳步发展。《增材制造标准化路线图2.0版》的推出,为美制定相关技术标准奠定坚实基础。而可直接在皮肤上进行3D打印的技术的出现,可跟踪和存储使用方式的3D打印器件的研发,以及3D打印生物工程脊髓、磁活化材料等成果,都表明3D打印技术潜力仍在。此外,利用光热合成石墨烯纳米带、利用声波制造超微型光二极管、从聚合物化学反应中获取能源制造聚合物等新技术的出现,为美未来先进制造进一步发展奠定了基础。


德国:“工业4.0”战略持续推动,制造业更智能更高效


智能制造在汽车工业的应用是德国工业4.0战略的重要领域,2018年在联邦教研部的资助下,学院、科研院所与企业合作,在大学内创建了研发园ARENA2036,探索汽车先进制造和轻质结构及测试问题。未来的制造将不再是同质和线性,工厂需要满足更多个性化的需求。


德国弗劳恩霍夫协会所属研究所研发的ANNIE移动操作平台适用于人与机器人协作的复杂生产场景,该平台具有感知、导航、安全、软件架构和交互等功能,拥有认知能力的机器人可以独立地执行任务。


为了降低能耗,提高设备使用效率,弗劳恩霍夫研究所IFF开发了可分析预测电负荷曲线的方法“FlexChem”,通过软件的分析和高峰负荷预测,可大大降低制造成本,并能在利用可再生能源时确保电网的稳定性。


日本:验证AI设计材料实用性,制成低噪音有机晶体管


2018年3月,富士通株式会社和日本理化学研究所宣布,他们的联合研究小组在材料设计中应用第一原理计算与人工智能技术,对全固态锂离子电池的固体电解质组成实施了预测、合成与评价试验,并进行了实际验证。此外,水户市与NEC启动实验,利用人工智能提高办公效率和加强内部治理。


日本东北大学等确立铁—镓(Fe—Ga)单晶板材的低成本量产技术。作为磁致伸缩材料之一的铁—镓单晶是一种非常优异的能量转换材料,是小尺寸、高输出和高灵敏度的振动发电元件的基础材料。振动发电如果走向实用化,就能实现不使用纽扣电池和干电池的无线通信模块,便利性将大幅提高。


东京大学将有机半导体制成墨水,利用印刷技术,成功制作出了全球噪声最低的有机晶体管,有望提供实现物联网社会所需的低成本、高灵敏度传感器件。


俄罗斯:拓展人工智能应用,4D雷达用于无人驾驶


俄科学院科拉科学中心建立了矿物成分评估人工神经网络,通过学习,神经网络仅凭矿样的化学成分即可确定其矿物成分,并自动生成三维矿产资源图;俄罗斯和以色列合作,使用人工智能来准确诊断和治疗心律不齐;俄法律从业公司推出基于人工智能的机器人律师,其神经网络建立在世界最大的10万个法律问题数据库上,能解答超过2000个问题。


俄施瓦布集团公司下属企业研发出一款3D眼镜,集识别目标、判定所处方位及操控机器人等功能于一体,可显著提高操控机器人的精度。


无人驾驶方面,认知技术公司宣布成功研制出世界首台4D雷达。与激光雷达不同,4D雷达可在恶劣的天气条件下工作,创建道路场景的四维地图并提高数据更新频率,以更高的精度识别移动物体。


韩国:设立人工智能基金,开发软体机器人和机械臂


信息通讯公司与智能手机企业联手推出了使用物联网技术的折叠式电动自行车“AIR i”;三星电子建立了人工智能专项基金“Q基金”。不过,也有国际著名学者质疑韩国科学技术院推进人工智能武器研究的做法。


韩国大学团队开发出使用仿真皮电子皮肤的软体机器人,该电子皮肤在硅胶类物质中安装芯片与电路,机器人可通过便捷的操作完成自由且连续的动作。韩国研究小组借鉴折纸技术成功开发出了可大幅伸长同时能够保持强度的“加杰特”超级机械臂。


以色列:扩大无人机应用,开发声音机器人


以公司通过实地飞行展示了其自主无人机“麻雀I”的能力,并认为随着监管继续放开,无人机在商业和工业市场中的应用范围将大幅上升。


以公司研发的“鸬鹚”单引擎无人驾驶电动飞行器公开亮相,并受到军方青睐。该无人飞行器大小如同小卡车或面包车,采用螺旋桨起降和前行,能在复杂环境下执行救援任务。


以色列公司推出的自动驾驶仿真系统,能够帮助汽车制造商快速开发、测试、验证其无人驾驶汽车,并让它们安全上路。


受蝙蝠启发,研究人员开发的完全自主地形机器人能像蝙蝠一样发出声音并分析回声,以识别、绘制和避开户外障碍物。


研究人员找到利用3D打印机生产不同形状药物胶囊的新方法。与传统的胶囊相比,针对用户特点的3D打印异形胶囊能被更有效地吸收。


“帕克”太阳探测器。图片来源:NASA官网


空间技术


美国:深空探测异彩纷呈,宇宙探索发现不断


2018年,“好奇号”“朱诺号”“卡西尼号”“新视野”号等探测器持续提供着火星、木星、土星、柯伊伯带天体的相关数据。“旅行者2号”朝星际空间进发;OSIRIS-Rex抵达小行星贝努;“黎明”号完成了探测任务,将在谷神星轨道停留数十年后结束其波澜壮阔的一生。


“老兵”辉煌继续,“新丁”已开启征程。新一代系外行星探测器“TESS”4月升空,开始系外行星搜索之旅;“洞察”号11月26日登陆火星,开始火星内部勘测任务;“帕克”探测器在8月12日奔赴太阳,现已成为最接近太阳的人类航天器。


木星研究取得硕果累累。除完成木星闪电数据库外,科学家还制作了木星不同深度的磁场图,并在木星大红斑处发现了水的迹象。此外,新发现12颗卫星使已知木星卫星总数达到79颗,而木卫二上可探测氨基酸的确认,则为找到木卫二生命证据指明了方向。


系外探索已获多项突破。首次发现银河系RX J1131-1231星系的行星、在700光年之外的WASP-39b行星上发现大量水、制作出显示中心复杂结构的银河系首张大规模年代图、看到原本无法观测的140亿光年外恒星、精确测量地球与球状星团NGC 6397的距离等诸多成果,让人类对宇宙的认知更进一步。


英国:商业空天获得青睐,自主导航开启研究


2018年3月,英国政府宣布,为了制定未来的商业航天政策,将就相关管理条款开展论证。8月,英航天局发布公报指出,英国政府将大力推进本国航天发射场的建设,以期更好地参与商业发射业务的竞争。


5月,英国政府公开发布航空研究与技术计划项目指南,支持民用航空研发。指南要求项目必须符合英国航空战略,优先领域包括:提高英国在下一代民用飞机的整体设计和系统集成能力;发展智能、互联和电动飞机;确保英国在开发大型复杂结构,尤其机翼方面处于全球领先地位;开发更高效的新一代推进技术,特别是大型涡轮风扇发动机。

8月,为应对“脱欧”后可能出现无法继续参与欧盟伽利略卫星导航系统项目的局面,英国政府发表声明指出,将投资9200万英镑开展先期研究,探讨未来开发独立自主卫星导航系统的方案。该项研究为期18个月,将就英国建立自主卫星导航系统提供详细技术评估和时间安排。


俄罗斯:“联盟”飞船事故高发,对华合作空天并举


2018年,俄罗斯“联盟”系列飞船曾出现两次事故:8月30日,与国际空间站对接的“联盟MS-09”飞船上发现造成空气泄露的钻孔,航天员及时用胶水和胶带进行封堵;10月11日,载有两名宇航员的“联盟MS-10”飞船由“联盟-FG”型运载火箭从拜科努尔发射升空,起飞约119秒后,火箭第二级发动机突然关闭,宇航员使用发射逃逸系统成功获救。


航空航天对华合作继续深化。俄联合航空制造集团公司与中国商用飞机有限责任公司商定了中俄远程宽体客机CR929的外形参数;俄科学院西伯利亚分院托木斯克科学中心、托木斯克国立大学、俄科学院乌拉尔分院金属物理研究所同哈尔滨工程大学的研究人员联合开展关于太空腐蚀环境下航天器保护的研究项目。


日本:天文观测成果丰硕,静音飞机力图超越


日本国立天文台和鹿儿岛大学的研究小组对螺旋星系M77的中心核实施观测,首次“看”到环绕超大黑洞的半径约20光年的甜圈型旋转气体云,并清晰地观测到分子气体以黑洞为中心旋转。


日本国立天文台和东京大学的研究小组绘制了迄今为止范围最广、分辨率最高的暗物质分布地图。研究小组通过对地图上黑暗物质的块数分析,发现其无法用简单的加速膨胀空间模型来解释,宇宙空间膨胀速度超出预期。


日本构筑产学官一体化研发体制,开发静音型超音速飞机,提出了低音爆、低起降噪声、低阻力和轻量化这4个技术开发目标,并正在推进系统设计,制定了超越欧美的技术验证计划,提高基础技术研究水平,推进相关设计。


乌克兰:国际项目参与活跃,航天发展计划获批


根据乌克兰国家航天局发布的信息,2018年乌克兰航天科研企业共参与了4次国际航天发射项目。两次是5月和11月由美国国家航空航天局发射的“心宿二”运载火箭项目,乌克兰多家航天企业参与了该运载火箭第一级的研制,乌方专家参加了整个发射项目的测试和调试。另外两次是欧洲空间局8月和11月在法属圭亚那库鲁发射场进行的“织女星”运载火箭发射项目,该运载火箭第四级所使用的RD-843发动机由乌克兰南方设计局和南方机械厂所研制。


乌克兰政府内阁于2018年9月批准了2018年—2022年乌克兰国家空间科学和技术计划,目的是提高地球遥感、卫星数字通信、数字卫星广播,卫星导航支持系统等空间技术应用潜力,解决社会经济、环境、文化,以及信息等领域的迫切性问题,推动科学和教育的发展,确保乌克兰在国家安全和国防领域的利益。


以色列:天文研究成果显著,意欲加盟欧洲航天


以色列特拉维夫大学天体物理学家捕捉到早期宇宙中正常物质与暗物质相互作用的无线电信号,揭示了宇宙中暗物质存在的第一个直接证据。此外,以科学家领导的研究小组借助美国国家航空航天局“朱诺”号探测器获取的数据发现,木星的大气层厚度约为3000千米,著名的木星条纹是绵延数千公里的云带。


以色列正与欧洲空间局进行商讨,以便以色列以“特殊安排”的方式加入该组织。如果获得通过,那么以色列也有望成为继加拿大后第二个加入欧空局的非欧洲国家。


德国:太空制造第五态物质,金属玻璃服务空天


德国科学家在探测火箭任务MAIUS-1(微重力下的物质波干涉测量)中创造了人类第一个自由落体天基玻色—爱因斯坦凝聚,从而在太空中首次创造了“物质的第五态”。这项实验将会促进天基引力波探测器的发展,并且有望为量子气体实验开辟一个新时代。

德国萨尔州大学的研究人员开发出了一种新的所谓非晶态金属钛硫合金,这种合金也被称为金属玻璃,与钛合金相比,其来源更丰富、强度更高,特别适合作为航空航天的轻质部件。


韩国:运载火箭取得突破,同步卫星研发成功


韩国自主研发了75吨级别的宇宙飞船验证发射火箭“Nuri号”,之前已进行了91次引擎点火试验,累计点火时间达到了7291.4秒;研发成功地球同步气象观测卫星2A号和环境监测卫星2B号“双胞胎”同步卫星。


“朱诺号”与木星。图片来源:NASA官网


能源环保


美国:新能源成果突出,生态安全备受重视


2018年,美政府在大力推动传统能源产业发展的同时,持续加大对太阳能、核能、地热能、生物能等新能源领域的研发投入。


众多新能源领域中,新型电池研发成果引人注目。750次充电/放电循环后仍能正常工作的新型锂空气电池、容量大且寿命长的可充电水基锌电池、靠细菌发电的低成本纸基生物电池等成为电池中的新星。而在提高现有电池性能方面,科学家也取得不少成果。他们将有机太阳能电池的光电转化效率提高至15%,将锂离子电池的容量提高了40%。布朗大学开发的新型燃料电池反应合金催化剂,在活性和耐久性方面更是超过了能源部2020年车用电催化剂技术指标。


在维护生态环境安全方面,尽管政府最新气候评估报告称,气候变化将给美国带来多重伤害,但并没有说服特朗普总统。科学家依然不遗余力游说,不仅发文称美墨边境墙会严重危害地区生物多样性,还对欧洲将木材作为低碳燃料的政策提出质疑。在具体研究方面,甲烷温室效应的证实、金属铋“催化可塑性”的发现、可再生可降解乳蛋白包装材料的开发等成果,都成为保护全球生态环境安全的助推剂。


日本:锂电池负极大容量化,制氢系统投建


大容量不劣化的锂电负极研发成功。日本产业技术综合研究所新开发出了一种锂离子电池使用的负极,容量约为目前主流的石墨负极(372mAh/g)的5倍,与一氧化硅的理论容量基本一致。新开发的电极在反复充放电200多次后,容量依然没有变化,确认具备大容量、长寿命的特性。利用此次开发的电极有望提高负极的能量密度,推动锂离子二次电池实现大容量化和小型化。


世界最大规模利用可再生能源的制氢系统在福岛投建。2018年8月,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)、东芝能源系统、东北电力及岩谷产业合作,开始在福岛县浪江町建设利用可再生能源制氢的氢能源系统“福岛氢能源研究站”,系统装置具备世界最大规模的1万千瓦制氢能力。利用该系统制造的氢预定用于燃料电池发电用途及燃料电池车和燃料电池巴士等交通用途,或者作为工厂的燃料使用。


氢燃料发动机实现大功率、高热效率、低排放。产综研与日本冈山大学、东京都市大学、早稻田大学组成的研究小组,在小型发动机的基础实验中,利用氢燃料优异的燃烧特性确立了新的燃烧方式,开发出全球首款能实现高热效率和低氮氧化物(NOx)的火花点火氢燃料发动机。


东海核燃料再处理设施报废计划获批。日本“原子力规制委员会”2018年6月批准了由日本原子力研究开发机构提交的东海核燃料再处理设施报废计划,耗资1万亿日元,报废时长预计将持续70年。


俄罗斯:大气治理取得进展,核废料和水处理有新法


大气污染防治方面,俄罗斯国立秋明大学的科研人员研发出液滴悬浮约束方法,并可进行定量液滴有序成团,此项工作可用于大气中污染物扩散机理的研究,制定生态灾难预防性措施;托木斯克理工大学研究人员使用含有3%—10%有机杂质的工业用水和废水,获取了燃料气溶胶,这种气溶胶可用于快速点燃火力发电厂和锅炉房的锅炉,还可用于柴油发电机燃烧室以及汽车内燃机。


核废料处理方面,俄科学院远东分院化学研究所联合俄远东联邦大学,正在研制新型纳米结构吸附反应剂,该吸附剂可用于净化俄远东红星造船厂内的放射性液体废物;俄西伯利亚联邦大学的科学家采用空化技术,让位于乏核燃料储罐底部密实的不溶性沉积层不断受到空化—活化水酸性溶液侵蚀而被破坏,新技术将溶解速率和沉积物回收量提高至原来的1.5倍,制备出的含放射性化学废物的水泥混合物强度是常规方法的2—3倍。


水处理方面,俄圣彼得堡理工大学的科学家使用高铁酸钠替代传统的氯气对自来水进行消毒,新试剂用量小,不会形成毒性分解物,还能将一些危险化学品分解成低毒化合物,同时杀死水中微生物;俄托木斯克工业大学能源工程学院研发出液滴爆炸粉碎式污水处理方法,可高效去除污水中的化学侵蚀性、毒性及燃料杂质,具有高效、低能耗的特点,适用于化工、石化、冶金、纸浆造纸等行业的污水处理。


德国:致力解决气候和雾霾问题,开发储存制取氢的新工艺


2018年德国大规模启动了碳转化学项目以解决气候和雾霾问题,这个由赢创公司和西门子合作的项目,拟利用人工光合作用,将二氧化碳和水转化为有用化学物质。按照计划,到2021年将在鲁尔区的马尔化学工业园建成一个巨大的化学试验装置,预计每年可利用二氧化碳生产20000吨有用的化学品和燃料。该项目最终获益的不仅是钢铁行业,还有化学和能源等行业。


德国尤利希研究中心和埃朗根—纽伦堡大学的研究人员合作,开发出了利用有机载体液和特殊催化剂,储存和制取氢燃料的新工艺,可使原先装卸氢燃料所需的两个装置简化成一个装置。这一新工艺将来应用于工业化储氢和生产,将大大降低成本和能源消耗,对能源转型具有重要意义。


不莱梅大学库尔策教授领导的研究小组找到了一种解决地下水硝酸盐污染的新方法,发现一种合成的多金属氧酸盐对于减少硝酸盐水污染有特殊作用,这种纳米结构物质在水中对硝酸盐还原起电催化效果。


韩国:建成应对核泄露系统,提高锂电池性能


2018年,韩国建成了迅速应对核泄露的“核辐射状况信息共享系统”,在核能设施周边29个地点探测放射能量泄露数据并迅速应对。


韩国大学成功开发出一种利用太阳光谱中红光捕捉二氧化碳的技术,能够将二氧化碳转换成一氧化碳中间物质,从而生产燃料;此外,韩国还研发出了符合更高环保要求的氢气制备技术。


韩国使用富锂锰氧化物开发了一种兼具高电压、高容量的黏合剂阳极材料,可大幅提高锂二次电池的能量密度;同时,充电速度为现有锂电池5倍、采用石墨烯球正极保护膜和负极材料的锂二次电池也在韩国研发成功。


以色列:注重氢燃料电池研发,助力新能源汽车发展


在第6届国际智能机动峰会上,以色列公司展示出水基氢燃料溶液,利用公司的专利催化剂,可以快速从溶液中获取氢气,供给氢燃料电池产生电能。该溶液具有无毒、化学性质稳定的特点,同时储能密度高,且便于运输和存储。


以色列研究人员还发现在太阳能的作用下,过氧化氢在氧化铁构成的光电极上产生光化学分离的化学机理。该发现有望将水廉价且高效地转化为清洁的氢燃料,促进氢燃料电池驱动的汽车大规模发展。


乌克兰:建立环境研究中心,监测研究自然生态


2018年9月,乌克兰教科部、环境部、国立喀尔巴阡大学,以及喀尔巴阡山国家公园联合建立了喀尔巴阡环境研究中心。喀尔巴阡山是横跨中东欧多个国家的欧洲第二长山脉,目前存在着诸如地表水体污染、工业和生活垃圾污染等环境问题,以及自然生态系统退化、生物多样性丧失、洪水和山体滑坡威胁增大的趋势。该研究中心建立后,通过监测和研究将为解决上述问题提供科学依据和解决方案。


作者丨科技日报

转自丨中国科技网


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