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昨天下午,八位顶尖科学家、科普学者来到腾讯青少年科学小会,分享了激动人心的科学故事。如果你不小心错过了这场盛宴,在这篇文章中你也有机会快速了解到科学小会上发生的一切。在回到“会场”前,让我们先在不同的尺度间穿梭,途中你所遇到的都是科学家在追光的道路上,逐渐描绘出的这个从极小到极大的世界:从极小的普朗克长度,到极大的可观测宇宙,都是由宇宙速度的极限——光速定义的。在这场特殊的旅途中,你所看到的实际上就是这次科学小会的关键词。接下来,让我们正式走进会场。你可以猜猜,每位科学家究竟在哪个尺度上带领我们探索了宇宙中的万物。01红色星球首先,就让我们从另一颗星球出发,开始这段奇妙旅程。就在半个月前,天问一号着陆器成功登陆火星,随后“祝融号”火星车驶离着陆平台,第一次在火星上留下了中国人的印记。然而在这背后,却藏着数百年的人类科学历程,以及中国人数十年的航天探索。这里,“天问一号”火星探测任务首席科学家潘永信院士和“火星叔叔”郑永春为我们带来了火星探索的故事。

01

郑永春潘永信

火星你好,天问已上线!

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仰望星空,是根植于人类基因深处的本能行为,因为星空承载着人类最浪漫的幻想和最远大的梦想。对星空的探索,贯穿着整个人类的历史。

在夜空中,有时会看到一颗亮度变化无常的小红点缓慢移动,有时候甚至还会逆行,这就是火星。中国人觉得它荧荧如火,让人困惑,把它叫做荧惑。史记中记载着荧惑守心的天象,认为火星行至心宿二附近时,意味着灾难。在西方,不管是北欧神话、罗马神话还是希腊神话,火星都代表着战争和灾难,称为战神。对这颗红色的星球,地球人普遍感到恐惧不安。

望远镜的发明和科学的进步,破除了火星的神话色彩。年,哥白尼提出,火星是绕太阳运行的,不是绕地球运行的。年,开普勒宣布,火星的公转轨道不是圆形,而是椭圆。年,望远镜发明的第二年,伽利略把它对准火星。

当太阳、地球、火星在一条直线上时,火星与地球之间的距离最近,称为火星冲日,是最佳的观测时机。年,惠根斯绘制了第一幅火星地图。年的火星地图上的一些直线,被认为是火星运河,由此引发了持续上百年的火星热。通过观测,天文学家发现了火星的两颗小卫星,测定了自转周期,发现了南北极的极冠,绘制了一系列火星地图。但望远镜看到的图像还是太模糊了,以至于产生了很多误解。

年,第一颗人造地球卫星升空,开启了航天时代。火箭、卫星、飞船、空间站,借助航天器,人类从地球出发,登陆月球,飞向火星。从年至今,发射了45个火星探测器,成功的不到一半。火星因此被称为航天器的坟场。甚至有人认为火星上有个大怪兽,专门吞噬人类派去的航天器。

我们为什么要探索火星呢?

?首先是为了认识地球和太阳系的起源和演化,认识生命的起源和演化。

?其次是为了提升技术能力,这些技术也将改善我们的生活。

?最后,火星探测将启迪和激励青少年。同学们,神秘的宇宙在等着你们,星辰大海在召唤你们。

火星是太阳系中与地球环境最相似的行星,它的直径是地球的一半。火星虽然小,但它的地貌却是超大个的,它拥有长达公里的水手大峡谷,好几座万米以上的高山,高达米的太阳系第一高峰奥林匹斯山,珠穆朗玛峰都只有它的1/3高。

火星是否有过生命?

火星上寒冷而干燥,迄今都没有发现任何的生命,但有充分证据表明,30多亿年前,地球上刚刚产生生命的时候,火星上有浓密的大气,温暖适宜的气候,还有江河奔腾,海浪汹涌,那时是否产生过生命呢?不知道。

年以来,中国科学家经过16年的努力,实现了绕落回三步走的探月工程,年嫦娥三号和玉兔号月球车登月,年,嫦娥四号在人类历史上实现航天器首次登陆月球背面。年底,嫦娥五号成功采集克月壤,大家可以在国家博物馆见证来自月球的馈赠。探月工程为火星探测奠定了研究基础和技术能力,锻炼了人才队伍。

如何飞向火星?从地球去火星,有一条最节省能量的轨道——霍曼转移轨道。要进入这条轨道,要赶在火星位于地球前方四十四度时发射,沿着外切地球公转轨道,内切火星公转轨道的抛物线飞向火星。6个多月之后,天问一号抵达火星轨道,与正好运行到这里的火星相遇。

年7月23日12时41分,中国在海南文昌航天发射场发射了天问一号探测器,经过五次轨道修正,于年2月10日抵达火星,被火星的引力捕获,成为火星的人造卫星。开始对火星表面进行遥感探测。

年5月15日,天问一号轨道器与着陆器分离,着陆器进入火星大气层,时速高达公里,在短短的九分钟内,减速到零。如果减速不够,就会坠毁在火星表面,历史上俄罗斯数次登火失败,欧洲两次登火失败,所以,着陆是所有探火任务中最困难的。

天问一号先是通过大气摩擦减速,当减速到每小时数千公里时,打开降落伞,利用稀薄的大气进一步减速。然后抛掉隔热罩,测量地表高程,当减速到每小时数百公里的时候,牛变推力发动机点火,实现空中悬停。最后通过着陆垫和伸缩杆从高处落下,稳稳地着陆在火星表面。中国成为世界上第二个成功登陆火星的国家,值得我们每一个中国人感到骄傲和自豪。登陆火星全程只需9分钟,但地球到火星的距离达3亿多公里,地面发出的遥控指令要17分钟才能抵达火星。这意味着,天问一号只能自主判断,闯过这道鬼门关。

接着,祝融号驶离着陆平台,在火星表面刻下了中国的印记。祝融号登陆的地方,位于火星上最大的盆地——直径达公里的乌托邦平原,登陆点位于东经.9度,北纬25.1度,海拔约负米,如果按经纬度来比较,相当于广西的桂林。与桂林山水甲天下的喀斯特地貌不同,这里寒冷干燥,寸草不生。但在三十多亿年前,这里曾经是一片巨大的海洋。而祝融号要探测的地方,正好是古海洋与古大陆的交界地带。

祝融号不仅是一辆车,更是一个机器人地质学家,它携带了6种科学仪器,用来探测地形地貌、表面物质成分、地下水冰、磁场和气象状况,今后,我们将通过他们,看到火星上的奇特景象,蓝色的夕阳,渺小而珍贵的地球,思考人与地球的关系。

最近,我们的深空探索再迈历史性的一步,天问一号已经成功登陆火星,我们今天特别邀请到“天问一号”火星探测任务首席科学家潘永信老师,与我们一同分享下探火背后的故事。

日月安属,列星安陈?年前,爱国诗人屈原仰望星空,发出了天问,他用多句诗,提出了个问题,关于宇宙,关于自然,关于人类社会,代表了中国人对未知的探索精神。刚刚潘永信老师的介绍,是不是点燃了你们对火星的好奇心?其实,天问一号只是中国行星探测的第一步,未来还将有天问二号、天问三号,对小行星、木星进行探测,还将从火星上采样返回。随着航天技术的进步,我相信,人类未来还将登陆火星,甚至移民火星,这其中,一定会有中国人的重要贡献。这是一项持续几百年的伟大事业,值得你们为之奋斗。最后,我想送给同学们一句话,立足中国,放眼世界,胸怀宇宙。

02地球环境从火星归来,我们继续抬头看看头顶的天空。看过《复仇者联盟》的小伙伴都记得,瓦坎达周围有一层强大的保护罩,其实我们地球周围同样有一层类似的保护罩,保护我们不会受到来自太空的紫外线的伤害。但几十年前科学家却发现,这层保护罩“出故障”了。随后,许多国家开始合作希望修复它。直到今天,这个巨大的“修复工程”进展如何?我们的地球又面临着怎样的新问题?这就是联合国环境规划署驻华代表涂瑞和为我们带来的精彩故事。

02

涂瑞和

南极臭氧空洞的修复

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同学们,家长们,线上朋友们,记者朋友们,大家好:

感谢孩子们和家长们参加这次交流活动。作为一名环境保护工作者,看到这么多小朋友关心支持生态环境保护,感到很高兴。

“南极上空臭氧空洞和修复”这个题目是同学们投票选出来。这有点意思:同学们选中的是一个远离身边、一般人不容易感受到的全球环境问题,这说明同学们对环境问题的认识已经有了很高的起点,有国际范和全球视野。我自己在你们这么个年龄段,啥都不知道,上大学后才能吃饱饭。

我自己多年前就一次被紫外线严重灼伤的经历。年1月下旬我到澳大利亚开会,会议最后一天东道主安排我们乘船去海岛上参观矿山生态修复。正值夏天,天气很热,我只穿一件短袖衬衫、戴个帽子,澳方同事看到我这样,主动递给我防晒霜,说要特别注意紫外线对皮肤的灼伤,我根本没在意,心想我从小在中国南方长大,夏天的太阳比这要猛烈的多,应该问题不大。船在海上航行不到1个小时,我就感觉到鼻尖发痒、脸发烫、胳膊发红,有微微烫伤的感觉,赶紧补抹防晒霜,可已经晚了。晚上回到宾馆,脸、胳膊微微发痛,甚至后背都发痒,返回北京后都掉了一层皮。

这是咋回事呢?今天我要告诉大家,背后的原因就是“南极上空臭氧层空洞”。同学们一定知道一个O的氧离子,二个双胞胎O?氧气,三个氧组合起来O?是啥?英文是ozone,“臭氧”,不是什么味道发臭,是一种强氧化剂。臭氧既有好的一面,也有不好的一面。

先讲好的一面是:地球表面上方大气层有几十公里厚,15-50公里范围里有大量的臭氧O?离子,形成一个臭氧层,它能把来自太阳的紫外线吸收掉99%,大概只有1%辐射到地球表面。刚刚讲到我在澳大利亚被晒伤,其实就是臭氧层被破坏了,辐射到地面的紫外线大大超标了,事后我才得知95年前后南极臭氧层破坏是非常严重的。

50多年前科学家们就发现了臭氧层破坏现象,也逐渐找到了破坏臭氧层背后的原因--是“制冷剂”等一些人造化学品,被泄露到大气后造成的,他们得到一个称号“消耗臭氧层物质”(ODS)。

ODS包括制冷剂、灭火剂、杀虫剂等,爱美人士固定发型所用的摩丝喷雾剂也含有ODS。有了制冷剂才使我们夏天能享受空调带来的凉爽、一年四季都能吃到冷鲜食物、冰淇淋,新冠疫苗也需要依赖冷链运输和保存。

当初发明制冷剂的时候并不能预计到几十年后会成为ODS。ODS释放到大气中,缓慢上升到臭氧层,在强烈的紫外线照射下,ODS会分解出氯离子,游荡的氯离子就像是一个坏蛋,到处“挑拨离间”,与臭氧离子发生化学反应,使臭氧离子减少,臭氧层变薄了。高纬度上空臭氧层消耗严重些,南极地区上空某些区域最严重,出现了“臭氧层空洞”。

在联合国环境署推动下,各国政府经过谈判共同制定了《保护臭氧层维也纳公约》和《蒙特利尔议定书》,是保护臭氧层、削减和淘汰ODS的国际法基础,其中很重要的一个原则是由发达国家出资援助发展中国家淘汰ODS。

经过国际社会30多年的共同努力,ODS控制成效很大。联合国环境规划署和世界气象组织共同发表报告表明:自年以来,地球上空的臭氧层正在持续恢复,南极地区臭氧破洞持续缩小。北半球和中纬度地区的臭氧层大概在年代将完全恢复,南半球和南极地区大约在--年间基本得到修复。中国为保护臭氧层作出巨大贡献:中国淘汰ODS的量约占所有发展中国家淘汰总量的一半左右。

这是当代版本的“女娲补天”故事。臭氧层修复只是我们取得成功的一个小案例。我们面临的环境挑战远比臭氧层修复艰巨和复杂。

今年2月举行第五届联合国环境大会,联合国环境署向大会提交的一份报告认为:气候变化,生态系统退化和生物多样性丧失,污染和废物,是全球环境面临的三大危机。这告诉我们这样一个事实-地球被污染了,发烧了,身体出了问题,其后果就是地球母亲养育人类的机能下降了。

相信同学们对“气候变化”“全球变暖”这两个词一定不陌生。地球上方的大气层还为地球起着保温作用,就是地球的衣服,发挥作用的是二氧化碳等温室气体。地球大气中的二氧化碳含量本来并不算高,“恰到好处”,换句话说,地球原本的衣服厚薄适中。多年前开始,我们人类活动排放出的温室气体不断增多,主要是烧煤等过程排放出来的废气含有大量二氧化碳,增加了保温层,导致地球表面会越来越热。

全球变暖看似悄无声息,但我们切实感受到越来越多的地球气候异常事件,强风暴雨、超强台风,冰川雪山消融,海平面上升,海洋酸化和美丽的珊瑚礁不断消失,水资源供应和粮食生产都会受到严重威胁;新冠疫情这样的传染病多发等等。

科学证据表明,全球变暖在不断加速,这颗发烧的星球已经走向了危险的悬崖边。环境署最近发表的报告显示:如果要真正实现巴黎协定确定的1.5°C升温控制目标,全世界需要在-年这十年间,每年都要将化石燃料的生产量减少大约6%。但现实情景是:这期间各国化石能源的生产计划是每年平均增产2%,按照这个情景预测,到本世纪末,也就是你们这一代人90多岁时候,地球升温将超过3°C。这样快的升温速度和升温幅度远远超出了人类和生态系统能够适应能力,其后果是人类自身承受不了的。

同学们一定对身边的污染深恶痛绝。十来年前,全国发生大面积雾霾,就是非常细小的空气污染物造成的现象,就是PM2.5。雾霾的生产机理很复杂,治理更不容易。刚才讲到的臭氧,在近地表就转身变成“麻烦制造者”:汽车尾气和工农业生产排放的各种废气在强烈阳光照射下会生产臭氧,导致空气中臭氧浓度过高损害人体健康。晴朗天气,臭氧常常是大城市空气污染主要因子。

除了大气,地球上的水体、土壤等等都面临着严重的污染问题。放眼全球,从山顶道海洋,已经很难找到一块不存在污染的纯净之地了---以前认为的所谓“无人区”,甚至没有常驻居民的北极、南极地区也能检测到像DDT、二噁英等污染物。

第三方面大挑战是地球生态系统和生物圈出现的问题。科学家常说的一个词是“生物多样性”,通俗点说是大自然所有生命系统展示在我们面前的一幅丰富多彩的画面以及我们需要通过科学仪器才能感知的微生物,它为人类提供了我们所需的一切:水源,空气,食物以及各种自然资源。生态系统和生物多样性受到严重破坏,就没有人类的未来。

当面生态系统和生物多样性方面面临的挑战是严重的。《生物多样性公约》秘书处最近发布的报告显示:人类已经改变了地球75%的陆地表面,生态系统和生物多样性不断退化;近万物种面临灭绝的风险,这约占人类已知物种总量1/8。

今年2月份,联合国秘书长和环境署执行主任共同发布了《MakingPeacewithNature》的特别报告,提供了实现与自然和平相处的一些解决方案:世界各国政府和人民必须抓住推动疫情后经济社会复苏这一独特的历史机遇,转变观念,把保护地球生态环境放在首位,改变以往不可持续的生产和生活方式,统筹推进治理污染、减少温室气体排放、保护生态系统和生物多样性,推动可持续发展目标、碳中和、与自然和谐共生愿景的实现。

同学们,“呵护生态环境是一份优雅,探索大自然的奥秘是一份乐趣”。我希望这次交流活动对同学们了解生态环境面临的挑战有所帮助,期待同学们,从一点一滴、身边的小事做起,将来长大后无论从事什么工作、担任啥职务,都要坚持下去,并带动家人、朋友们来参与,大家一起去关爱地球大自然母亲,为建设美丽中国、与自然和平相处、和谐共生作出力所能及的贡献。谢谢大家。

03量子计算接下来的旅程请一定坐好,因为这个世界可能会完全颠覆你的想象,那就是量子的世界。要知道,量子的许多性质让爱因斯坦都大为吃惊,甚至不敢相信。接下来的这位科学家不仅在量子的世界里游刃有余地玩耍,他和团队还利用量子力学的各种奇妙现象,制作出了超高速的量子计算原型机,即使是目前世界上最强大的传统超级计算机也追赶不上它的脚步!赶快来听听“量子鬼才”陆朝阳讲述他眼中奇妙的量子世界。

03

陆朝阳

量子计算,让一百亿年缩短为1分钟的神奇算力

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现场和线上的青少年朋友们,大家好!

首先非常感谢腾讯联合《科学》杂志花这么大的力气组织了非常好的公益项目,在我的朋友圈很多朋友都在评论说,现在的青少年真的非常幸福。其实前面几个分享不仅是小朋友,我们这些老朋友、中朋友也学到了非常多的东西。

下面我就给大家分享另外一个非常有想象力的话题——量子计算机。什么是量子计算机?简单的说,它就是利用量子力学的原理来运行的一个计算装置,我们知道量子力学是目前物理学研究的一个前沿,其实很多量子力学的创始人包括玻尔、费曼,他们都说不能够完全理解量子力学,所以怎么样向各位小朋友来解释量子力学。

我们就先从大家都非常熟悉的,我们中国的四大名著《西游记》开始说起,吴承恩在这样一部非常有想象力的小说里面设想了一系列非常神奇的事情,比如说天上一日,地上一年。比如说千里眼、顺风耳。孙悟空我们的英雄,他可以有分身术,如果我们也有分身术那就太好了,我们可以把自己分身成好多个,一个做作业,一个打游戏,一个跟小伙伴愉快的玩耍。

孙悟空还可以翻筋斗云,一个筋斗十万八千里,完全没有我们这些普通人经常堵车或者飞机晚点的烦恼,我们在津津有味地看电视的同时,会不会觉得这些只是一些非常荒谬的想象,非常有意思的是,当我们回顾科学史的时候特别是现代物理学发展历史的时候,我们会发现,《西游记》里面一些曾经我们认为很荒谬的想象在一定程度上已经成为了现实。

比如说,爱因斯坦的相对论告诉我们,一个物体它的运动速度越快,时间就会走得越慢。那么如果有个双胞胎在北京出生了,一个留在地球上,另外一个以接近光速的速度做宇宙旅行,但他回到地球的时候,这个地球上的已经30岁了,做宇宙旅行的双胞胎他还没有满月。所以我们可以看到,天上一日,地上一年在相对论里面感觉就是一个简单的推论。

我们知道,随着通信的发展,我们今天就可以很方便的用我们的手机、电话和千里之外的亲人朋友进行通话和视频,所以看起来曾经让我们觉得很奇妙的千里眼、顺风耳,这些特异功能也成为了我们今天习以为常的事情。

也许这些可以启发我们,也许很多时候梦想跟现实的距离并没有我们所想象的那么遥远。我们今天大家在会场,我们可以让自己更加疯狂来设想一下,会不会某一天,在某些层面,像分身术、筋斗云也会成为可能呢。

那么为了回答这个问题,请允许我带大家进入一个神奇的量子世界,量子物理学经常是以难以理解著称,经常大家有一个说法叫做量子力学量力学,其中一个原因是因为量子力学他所发生的微观尺度是一个比我们头发丝还要小几百万倍的这么一个区域,所以在我们日常生活中不会有这样一些直观的感觉。

下面我先给大家来介绍一下什么是量子,量子这个概念它其实是相对于经典的、连续的一些概念。这里我们可以看到一个斜坡,很多时候我们在做题目的时候,会告诉你说,这个斜坡是无限光滑的,但是如果我们无限的去放大这个斜坡来看的话,最后我们会发现,就跟我们上楼的时候走楼梯一样,它不是无限光滑这么直的,而是一个台阶一个台阶。

我们知道,我们上楼梯的时候,我们可以站在第一个台阶,第二个台阶,第三个台阶,但是我们不能站在1.5个台阶、1.8个台阶,因为这个不存在。所以量子就是我们的物质和能量最小的离散化的单位,这么一个概念。

比如说,我们在会场,舞台上有很多光,这些光就由一个一个光子组成,如果我们买一个电灯泡的话,买一个40瓦的电灯泡回家,打开开关之后,它一秒钟就可以放出万亿亿个光子,就是1后面有20个零。所以它是一个非常非常小的能量单位。还有组成我们物质的原子,我们可以看到它普通的尺度大概是比纳米还要小10倍这么一个数量级。

所以大家到一个新的世界里面,肯定想问一个问题,这个世界里面物质是长什么样子的。我们就来看一下,我们可以用相当于牛顿力学里面的F=ma,在微观世界我们就可以用薛定谔方程把原子长什么样子给算出来,因为我们刚刚说了原子非常小,我们用眼睛是看不到的,所以我们可以假设自己是孙悟空,把自己变得比原子还小,到原子里面去看一看,原子长什么样子的。

我们可以看到,即使是一个最最简单的原子,一个氢原子,因为它只有一个原子核和一个电子,那么把它算出来之后,这函数也都是非常漂亮的,我们在这里面亮的地方就是会出现电子的概率比较高的地方。

我们知道微观世界的量子或者原子长什么样子之后,下面一个我们想问的问题就是说,在这样一个微观世界里面有个什么样的运动规律?下面我就用一个简单的游戏给大家解释一下量子力学两个最基本的原理以及我们现在正在做的安全的量子通信和超快的量子计算所依赖的主要原理。

这个游戏就是一个改装后的保龄球游戏,我们在保龄球的球道中间放上几块短板,所以保龄球只能从中间穿过去,我们知道在现实生活中肯定可以看到,屏幕上这么一个情况,就是最后会留下中间孔道所对应的两个保龄球之后留下的这么一个痕迹。

我们现在进入量子世界,我们把这么大一个保龄球给缩小,缩小成一个原子或者一个电子大小,重新玩一模一样的游戏。中间还有短板阻隔着,我发现当我玩了大概几千次之后,出现了跟刚才截然不同的一个现象,那么我们就可以看到,经典世界和量子世界非常鲜明的对比。

我们可以看到,在量子世界里面,会出现明暗相间很多个条纹。这个是为什么?我们通过物理学的研究说,在这里面量子保龄球被扔过去的时候不是像我们日常生活中一样的,确定性的从左边过去或者从右边过去,它有点像孙悟空的分身术一样,它可以把自己变成两个分身,然后是从左边和右边一起过去。一起过去之后,就会在后面的屏幕上形成自己和自己干涉的这么一种结果。

也就是说,这里面涉及到了量子力学里面一个最重要的基本原理,我们术语叫做量子相干叠加,就是他可以允许一个物体同时处于多种状态,那么这么一种简单但是非常深刻的原理就给了我们一种以新的方式来做一种新的计算。

比如说,我们知道我们今天用的计算机,大家的手机,你们的笔记本电脑用的都是叫比特,他就是0或者1。比如说开关,开的时候是0,关的时候是1。那我们刚刚讲了,在我们量子保龄球游戏里面,一个原子它可以从两个路径一起过去的,就是说0和1可以一起存在的,这样的话就给了我们一种量子并行计算的原理,因为如果我有一个量子的话,我就可以0+1同时存在。如果我有两个原子的话,我就有00,01,11,10四种状态。如果我有50个原子的话,我就有2个50次方个状态存在,这个数是一个非常大的数。

给大家一个直观的感受的话,就是如果我们把一张A4纸对折50次,这个纸原来的厚度假设是0.1毫米×2的50次方这么一个厚度,这个厚度有些人会觉得大概是一张桌子的厚度,有些人会觉得是一个楼的高度,其实大家算一下,它是超过我们地球到太阳的距离。

所以这么多种状态一起存在,我们就可以把这么多的状态一起给算出来,就提供了我们所说的量子并行计算。我们可以用另外一个例子直观的感受一下。比如说,把你放到一个迷宫里面,这个迷宫有万个出口,如果你只有自己一个人的话,平均要尝试50万次,你才能找到出口在什么地方。

但是假设你是孙悟空的话就不一样了,你可以把自己变成万个分身,万个人一起去找,这样的话可以更快的得到问题的求解。

我们刚刚讲到,原子或者电子是从红色和蓝色两个入口一起进去的,有很多青少年朋友会非常的不服气。因为我们说好奇心和质疑是推动科学进步的动力,他会说,那如果我拿一只眼睛就盯着两个狭缝看一下,我就想知道,它到底从左边过去的还是从右边过去的。这个时候一个更加奇怪的现象就出现了,当然没有观测的时候我们出现的是这么一种干涩的条纹。但是一旦有观测,一旦你知道电子是从哪边过去的,这个时候这个现象又消失了,又回到了我们所熟悉的经典世界这么一个现象。

所以这是一个更加奇怪的现象,就是说,我们知道在经典世界里面桌子上放一瓶水,你去看它和不看它,它都是一瓶水,它不会有什么变化。但在量子世界里面,我们可以看到这种观测的行为会反过来影响我们的物理状态本身,我们就可以看到,这跟牛顿力学是很不一样的,我们知道在牛顿力学里面,之所以我们今天考试有个标准答案,是因为我们从一个初使条件就可以很精确的计算出之后所有的运动状态。

但是我们可以看到,在量子世界里面,我们一些主观的行为,我们去观测,这里面有没有信息的泄露,有没有意识的一种介入,都会反过来影响物体本身的状态。

目前我们也正是用这么一种观测,会不可避免的引入扰动,我们现在正在做量子保密通信就是基于这么一个物理原理。在年8月16号,世界上首颗量子通信实验卫星“墨子号”在我们国家九泉升空,这个墨子号升空之后,我们已经非常成功的完成了相关的科学实验,比如说从墨子号上面我们可以发两个纠缠的光子下来。这两个纠缠的光子相距1公里,之后我们去看看这两个光子会发现:一个光子的状态瞬间影响另外一个光子的状态,这个是我们另外一个非常奇妙的现象,叫做量子纠缠。

很多青少年朋友大家可以继续去看一下,我们今天所讲的重点其实是量子计算。因为今天量子通信已经慢慢走向实际的应用,但量子计算还处于一个基础研究攻关的阶段,因为我们需要操纵大量的高精度的量子比特。在量子通信里我们每次只要传送一个光子就够了,但量子计算里我们可能最终需要几百万、几千万个量子比特。

为了保证量子计算非常健康的发展,目前我们国际学术界就定义了三步走的里程碑目标。

第一,造出一个机器来,造出一个用量子力学原理运行的这么一个装置来。它不是所有的问题都能够比今天快,对一些特定的问题要能够超过我们的超级计算机的计算能力。目前应该在这个里程碑上由Google和美国的加州大学组成的联合团队,和由我们中国科学家研发的“九章”量子计算原型机,分别在超导和光学体系能达到了“量子计算优越性”目标。

我们之后的一些研究计划,比如我们需要去操纵更多的量子比特,来造出一些专用的量子模拟机,以及最终通用的量子计算机。

在目前我们所研究的各个物理体系里有光子、有原子、有一些固态的体系,其中有一种方法是用光子的方法来实现量子计算的优越性。这个方法叫“玻色取样”,最早是由美国麻省理工学家的ScottAaronson教授把这个方案提出来的。

去年我们真正把这个实验做出来之后,他也获得了一个国际计算机协会的大奖,这个理论做出来之后,其实真正的挑战是在于实验上怎样把这么一种空想变成现实。

我们在7、8年之前,要开始做这个实验的时候,遇到了很大的挑战,当时把能够实现九章的三个关键的部件(量子光源、量子线路、探测),把当时世界上能够做到的最好水平全部拿过来,集合在一起。发现我们要实现50个光子的时候,不用说我们后面九章做了76个光子,即使只做50个光子的时候,最终的计数率是10的负次方赫兹。这是一个什么概念呢?比如我们去买彩票,买一个双色球,中奖的概率大概是10的负7次到负8次,就是说这个概率非常小。我们得连续中21次双色球大奖,这么小的一个概率,才能做到玻色取样50个光子的实验。

所以,为了解决这个问题,我们在过去的十多年一直致力于发展高性能的量子光源、量子线路和探测器等,除了要发展这样一些高性能的量子光源之外,还要把这些光子相位要锁定,难度相当于我要在一个公里的尺度里,让50匹马从北京跑到天津,到达天津的时候,50匹马之间不能够超过一根头发丝的距离。

这个动画给大家展示了我们从量子光源的产生,到进入这么一个装置,到最后把它探测出来,求出这个结果的一个过程。

应该说我们现在只是刚刚完成了第一个里程碑,后面还有两个更加困难的山头要翻。所以,量子计算其实是一场马拉松,而且是一场需要翻山越岭的马拉松,我们才刚刚翻过显示“量子计算优越性”的这么一个山头。

再回到刚刚说到的《西游记》里,我们说孙悟空可以有筋斗云这么一种神奇的旅行方式,其实在量子世界里还有一种更加酷炫的旅行方式——“量子隐形传态”。可能在一些科幻片里也看到过。《星际旅行》或《星球大战》里,一个人被敌人追杀,这时候他在这个星球就消失了,在另外一个星球出现了。当然这是非常科幻的电影,但其实我们在量子世界里已经可以严格地有理论证明,和在实验室把它做出来了,对于一个个的光子或原子,可以有这么一种新型的旅行方式。就是说我从上海到北京,不需要坐飞机或高铁,真正把这个物体运过来,而是我只需要在北京和上海共享一个纠缠,之后我在这里做一个操作,然后你在上海就消失了,你就出现在北京了,就是接近光速的一种旅行方式。

这么一种奇思妙想其实在年的时候,在光子体系就已经做到了,后来我们又在原子体系,往更加复杂、更加远的距离一直在推进。

其实利用“墨子号”,我们也做到了从地球到太空公里的传输,将来也许在有一天,可以有这么一种新的旅行方式,大家可以走到一个光子里去,做一个操作,你就可以在另外一个地方出现了。当然,也有可能不行,需要我们后面更多的探索。

这跟我们刚刚讲的量子计算是一场马拉松一样,现在很多已经展现出来的量子技术其实也都只是冰山一角,还有更加精彩的技术,我觉得需要等待我们现场、以及线上很多广大青年朋友继续去挖掘、去探索。

最后,虽然在清华大学,我也插播一个广告,非常欢迎大家报考中国科学技术大学。大家希望去探索的话,我们有世界一流的平台可以支持大家去探索,去实现量子世界里的奇思妙想。谢谢大家!

04病毒战争从量子世界回到我们生活的世界,在过去的一年多里,一种看不见的微小的病毒彻底改变了世界。这时候,科学家把显微镜、培养皿这些实验室里的器具变成了“战斗的武器”,一层层揭开了这种病毒的神秘面纱,帮我们进行这场长久的战役。就在去年疫情刚刚爆发时,一位科学家带领自己的团队发现了新冠病毒入侵的结构基础和分子机制。他今天也来到了我们小会,他就是清华大学医学院张林琦教授。

04

张林琦

一场没有硝烟,但我们终将会胜利的战争

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大家下午好!我是清华大学的张林琦老师。

首先,欢迎各位小朋友和家长来到清华大学(我的主战场),也感谢腾讯科学小会邀请我来给大家分享我们在科技前沿的战报,特别是如何研发成功我们新冠疫苗和抗体药物。

我是专门从事病毒学研究的,研究病毒学与免疫学相互作用关系,找出最有效的免疫机制,对我们研发的抗体药物和疫苗提供科技的支撑和参考。

人类和病毒的较量持续时间已经很长了,在整个人类发展过程中,关键的每次较量都是以人类的胜出而告捷。所以,依靠科学的力量是我们战胜病毒最重要的法宝。

简单回顾一下我们到底在整个人类历史上跟病毒有一个什么样的关系,这两张图(看图)展示的是在公元前多年,在埃及发现的一个墓碑上显示了小儿麻痹症的病人形态,右边这张图是年大流感的时候,医院的场景。

可以看出,由于病毒的存在,它可以导致很多种疾病,但由于全世界科学家的共同努力、技术的发展、以及政府公共健康领域的进展,使得在过去到年里,我们克服了很多病毒疾病的传播,使得我们研发出了几十种有效安全的疫苗,为我们的健康提供了坚强的保障。

最突出的升级是在年,全世界通过研发天花疫苗,人群全面接种,在全世界范围内,在很短一段时间内,就取得了消灭这个病毒的伟大功绩。这是我们在遏制病毒、消除病毒方面取得的全世界瞩目的成绩。

在过去40年来以来,由于很多人类的变化,包括全球化的出现,包括我们对环境的破坏,又出现了很多大家可能名字都记不过来的病毒,比如艾滋病毒、肝炎病毒、SARS病毒,以及埃博拉出血热病毒、以及流感病毒和这次的新冠病毒,我们怎么能够战胜这些病毒呢,有没有可能呢?

最重要的还是需要科学。

在我进入真正的科学实验和发现之前,给大家简单介绍一下什么是病毒。大家一定对病毒这两个字不生疏,但内涵和特点说起来就不一定很清楚了。

其实病毒对我们人眼来说是一个非常小的个体,给大家显示的幻灯(看图)是放大了几千万倍,甚至上亿倍的电子显微镜下所看到的病毒形态,(看图)右边这张图是从细胞里往外分泌的艾滋病病毒的形态,(看图)左边是一个模式图,可以看到它是一个极其微小的个体,虽然它小,但有一个非常完美或精美的结构,表面上有很多突起,这些突起是它和细胞结合、以及复制生长最重要的一个进入细胞的钥匙,下面一层是它的膜,里面包裹它的遗传物质,不管核酸是RNA、还是DNA。

从严格意义上来讲,病毒本身不是一个生命体,因为它必须依赖于感染人体、感染动物、感染植物,进入特定的细胞,才能生存,才能繁殖子孙万代,不像细菌和真菌一样,你把它扔到河沟里或在空气中就可以复制。

因此,就这个意义来说,它不是一个生命体,而是一个寄生物。对整个病毒在感染细胞、寄生过程中,在分子乃至原子水平的研究,就使得我们能够研究出非常有效的疫苗和药物,阻断病毒感染细胞,并且阻断病毒在体内的复制,这张图(看图)红框框里显示的就是,我们现在通过多个研究小组的努力,研发出来的非常有效的抗艾滋病病毒的药物,阻断病毒在体内的复制,而达到了把一个给患者判了死刑的疾病,转变成了一个可以控制的慢性病的结果。

病毒在体内复制之后确实要进行传播,怎么传播呢?不同的病毒传播的路径是不一样的,下面这个视频展示的是一个通过空气传播、呼吸道传播的病毒,包括现在所说的新冠病毒。

通过这个小视频,可以看到一个个体通过这种呼吸、这种所谓的飞沫(导致病毒传播),因为飞沫里包含着很多种病毒,病毒通过呼吸道进入体内之后就要找细胞,不同的病毒感染不同的细胞,只有找到细胞,抓住上面的抓手,通过它的钥匙打开这个锁之后,病毒才能进入到体内,在细胞之内开始复制,这个结合的过程是非常特异的,有些病毒感染的是免疫细胞,比如艾滋病毒;有些病毒感染的是呼吸道上皮细胞;像新冠病毒;有的病毒是感染我们的神经细胞,这个过程对于病毒来说是生与死的抉择,如果在几分钟、几十分钟,它没有找到寄生细胞的话,我们体内就会把它清除掉。

所以,这个过程是非常重要的,当然也是我们人体免疫系统非常重要的时刻,如果在进入细胞之前我们把它阻断到体外,把它杀死了,那我们人体最终就能胜出。

由于我们实验室是专门做病毒和免疫研究的,利用我们在前十几年、二十几年,甚至三十几年,在病毒学、免疫学里研究的这种经验和知识积累,在新冠爆发的早期,我们就集结了清华大学所有的优势团队开展了新冠疫情的研究。

简单给大家分享一下我们在研究过程中的高光时刻,但大家都清楚地认识到大疫情还在发生,整个疫情还没有结束,我们的任务还任重道远。

所以,在新冠爆发期间,我们集结了很多老师和同学,因为在座也有很多是中学的、小学的,但在座也有一些我们从事研究的老师,当时由于新冠的爆发,我们中国科学家在世界上率先公布了遗传序列之后,发现跟我们以前所研究的几种冠状病毒非常类似,包括3年爆发的SARS和年在中东爆发的中东呼吸综合征冠状病毒,所以我们马上进行集结,利用我们十几年、二十年、三十几年所积累的知识,马上投入了新冠病毒疫苗和抗体的研究。

首先,我们清华的老师,率先用超高级别的冷冻电子显微镜(冷冻电镜)观察到了病毒的形态,这张图显示了一个真正新冠病毒整个的样子,它是放大了几千万倍、上亿倍的图,中间蓝色的是病毒表面的一层膜,膜里面包裹的黄颜色有点像篮子里的鸡蛋,这些黄颜色是病毒的遗传物质,它一定要保护这些遗传物质,达到它复制子孙万代的功能。

对于我们来说,关键的点是蓝色外面出现的那些红色的、或浅黄色的突起,这些是病毒表面上的一种蛋白质,我们管它叫“刺突蛋白”,这个蛋白对病毒来说有超级重要的功能,因为它是病毒进入细胞的一个最重要的钥匙。

如果病毒没有这个蛋白,它就无法进入细胞,达到复制自我、复制子孙万代的能力。所以,看到了这个病毒,看到了它的精细结构,对我们研究疫苗来说是非常重要的。

看到整体结构之后,清华的老师,特别是王新泉老师、李赛老师,我们又进一步把刺突蛋白的细致结构进行了系统的分析,在世界上率先解析了新冠病毒RBD与其细胞受体蛋白ACE2相互作用(钥匙和锁)之间的精细结构。

绿颜色的有点像我们的方便面,就是细胞表面的锁(细胞受体蛋白ACE2),红色和淡蓝色的是病毒表面的刺突蛋白,是钥匙,解析了这个锁和钥匙之间的晶体结构,对于我们认识病毒如何进入细胞起到了关键作用。

同时,也为我们研发寻找能够阻断钥匙和锁关系的药物,提供了关键的指标。当然,大家会说怎么会那么容易呢?因为它的相互作用是非常特异性的,所以在当时我们就想到了我们感染了新冠病毒,但最后恢复的患者。因为我们人体的免疫系统是非常强大的,虽然有一部分人不幸死亡了,但绝大多数感染新冠病毒的正常人都恢复了,恢复之后体内就会产生很多可以阻断病毒进入细胞的抗体。

在过去的十几年里,我们实验室利用了非常强大的技术和手段,可以从感染者身上分离出非常好的抗体,这种抗体就可以作为我们的药物来治疗很多种疾病,包括肿瘤、自身免疫性疾病,以及感染性疾病。

有了这个技术之后,我们就开展了率先分离,这种能够阻断钥匙打开锁的单克隆抗体的过程。所以,通过我们共同的努力,我们也在世界上率先在恢复期感染者身上,分离到了可以阻断钥匙打开锁的单克隆抗体。

这些单克隆抗体长什么样子?这张图(看图)代表了放大几亿倍的情况下,所看到在极其微观的水平,我们的抗体怎么阻断那个蓝色打开方便面的过程。左边那张图是从左下方跟病毒表面蓝色的结合,而进行空间阻断它不打开那个绿色的方便面。

中间那个抗体是黄色和紫色的,几乎结合了蓝色的顶部,可以完全阻断蓝色钥匙打开绿色的锁的功能。右边那个抗体跟这个打开过程没有关系,因此这个抗体实际上没有阻断病毒的作用。

大家可以看到,我们体内抗体是成百、上千、上万、上亿的,为什么我们在病人中挑选?就是在挑选我们产生抗体的这些精英部队,使得我们能够在体外获得这些抗体,在体外大量生产这些抗体,作为我们的抗体药物救治病人的手段。

我们所分离的这些抗体药物已经在国内外,包括发达发展中国家已经进入了临床三期的实验,近期就会展示出我们特别期待的阳性的结果,为我们中国科学家争光,同时能够救治全世界的病人。

在研究药物的同时我们又开展了疫苗的研究,因为大家都知道,病毒表面的刺突蛋白是最关键的一个钥匙,我们一定要把我们疫苗靶点集中在钥匙身上,所以我们把钥匙抠出来,把它的编码基因拿出来,通过很多种方式,包括mRNA的方式,通过核酸疫苗的方式,还有腺病毒疫苗的方式,把这个跟企业包括天津医科大学、沃森生物、艾博生物等等,做完了之后经过一系列严格的生产评估,动物上安全性的评估,最终达到人体,有些疫苗在我们人体上已经展示了非常好的免疫性,使得我们免疫力能够提高很快,并且我们疫苗也于近期进入了人体的实验。

大家知道疫苗这么重要,但是疫苗是一个什么样的特点,使得我们能够保护肌体不受感染,或者说我们在小的时候打的十几种疫苗能够保障我们这么健康,它确实是发挥了免疫系统特别重要的功能。我们的免疫系统使得当我们打进疫苗,就是绿颜色之后,我们体内就会把刺突蛋白作为一个外来的物质发起总攻,包括蓝色的B细胞产生抗体,包括激活我们那些黄色的T细胞杀伤感染病毒的细胞,这种反应过程中,它就是非常强烈的,因为它一看是外来物质,它就会对它进行实施(清除),并且这种实施的效果极其的特异。

同时在清除、消除了这些疫苗带来的外来物质之后,它还产生一种非常强的记忆,这种记忆使得我们这一辈子都不会被这些病源基因所侵染。在某种程度上,比我们神经细胞的记忆功能都强大,都强壮,所以保证了我们的健康。

通过科学家在过去一年里的努力,我们采取了多种疫苗的形式,包括灭活形式,包括腺病毒,mRNA,以及其它载体形式的疫苗,在全世界已经接种了18亿剂次,对我们防止新冠疫情进一步扩延乃至于最终消灭新冠病毒起到了非常关键的作用。

这张图实际上就显示着在全世界范围内我们感染的人数,我们死亡的人数,以及接种疫苗的人数,所以大家一定要尽快的,及时的接种疫苗,加入到提高我们人体免疫力,最终消灭新冠病毒的伟大运动中。

但是由于我们还在疫情期间,很多东西我们都不是非常的清晰,特别是最近在印度在南非,还有在巴西出现了一些可以使得我们抗体的疫苗免疫力下降的突变株,这些突变株我们现在清华的实验室,我们的同学、博士生、研究人员也在针对这些突变株展开新一轮抗体的研发和疫苗的研发。

同时由于病毒的突变,我们去极力追逐,好象有点追不过来的感觉,我们有没有方法可以以不变应万变,研发出一种广谱抗病毒效果的药物和疫苗,使得我们真正的一劳永逸,这也是我们研究小组乃至于整个世界的科学家重点和难点。

所以我们清醒地认识到,虽然在新冠的疫苗研发过程中,抗体药的研发过程中我们取得了很大的成绩,但是防治传染病是我们人类永远的课题,我们还在疫情期间,还没有最终消灭新冠病毒,我们任重道远。

最后,我们希望大家除了自己努力之外,还希望在座的小朋友们从小像总书记讲的,要立大志,成大才,担大任,明大德。我们应该共同努力,一起在抗击新冠和保护人民健康的战役中展示我们的才华,贡献智慧和力量。

我还要特别感谢跟我在一起日夜奋战的实验室同学们,这只是其中的一部分,从新冠爆发时刻起到现在,就没有停止过,我们还将继续努力,共同为最终消灭新冠病毒做出我们最大的贡献,谢谢大家!

05未来机器人说过了现实世界里的“战斗”,让我们再放松一下,去畅想一下未来世界。你能想象未来有一天,机器人会陪你写作业、学习,也能陪你打游戏,甚至可以帮你做饭、打扫卫生。事实上,已经有不少科学家正为这样人际共存、共创、共赢的未来而努力。让我们听听腾讯AILab和RoboticsX实验室主任、世界著名计算机视觉和多媒体技术专家张正友老师向往的未来科技世界。

05

张正友

认识未来世界的伙伴——机器人

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小朋友们、家长朋友们、科学家朋友们,大家好。我是张正友,是腾讯AILab和腾讯RoboticsX两个实验室的负责人。今天有幸受到科学小会的邀请,跟大家分享腾讯在机器人领域的思考和探索,一起畅想我们日后生活中的新伙伴,以及人机共生的未来。

首先,我想先提几个问题。大家所想象的机器人是什么样的?

机器人是否一定要长得要像人或动物?

机器人是否一定要用语言和我们沟通?

机器人是否一定只存在于现实世界?

大家在电影里看过很多不同形态的机器人,他们有的长得像人,有的样子很奇特,有的只存在于虚拟世界。他们不仅会说话,身上还有屏幕,有表情,还能和人握手、拥抱。

机器人充满各种可能,需要我们开放心态、大胆想象。

机器人可以具备很多能力,其中有一项基础能力是移动,这样它就能去更多地方,执行更复杂的任务。那么如何让机器人动起来呢?

大家想想自己平时走路是怎样的过程?我们会先看周围环境,确定前面地形如何。然后我们的大脑要决定怎么走,有障碍物需要绕道,有楼梯需要抬腿,遇到水坑要跳过去。决定之后身体开始行动,我们靠双腿直立行走(需要的话也可以爬),关节会弯曲带动身体,手臂会自然摆动保持平衡。这看似简单的一步,实际上是我们整体机能的体现。

这是腾讯机器人Jamoca,它也具备我们刚才所说的躯干、眼睛、大脑和整体机能。有了这些能力,Jamoca能自己识别周围的环境,遇到障碍自动避行改道、遇到悬空物能匍匐前进,也能暂停蹲坐,和人交互。

对应这些能力是机器人移动领域的四大技术:

·本体设计,Jamoca外形像一只狗,靠四肢移动;

·感知技术,Jamoca用相机当眼睛,收集周围环境信息;

·运动规划与控制技术,相当于大脑,决定走哪条路、怎么走;

·整机系统设计与搭建,整合它的所有能力。

刚才视频中Jamoca小试身手,在平地上越障。但我们知道,现实环境里还有台阶、楼梯、坑坑洼洼等路面,机器人还要克服这些复杂情况。

为此,我们给Jamoca设计了一项高难度任务——走梅花桩,它也是国内首个能完成这项挑战的机器狗。走梅花桩对我们人类来说,难度也很大。我们在武侠小说、功夫电影里看到,“练功者”要花费大量时间反复训练,才能平稳地在窄小的桩面上行走。

和国际上其他四足机器人走木块的场景比较,Jamoca所挑战的梅花桩难度更大,落脚面积更小、间距不规则,高低错落,还有台阶组合。Jamoca要像功夫大师一样,看得准、选得优、走得稳。

让我们看看Jamoca完成的怎么样?Jamoca会自主选择路线,规避太远、太高、太费力的梅花桩;如果在桩面放上障碍物,Jamoca也会躲开。它的感知定位误差小于1厘米,每一步都能走在桩面正中心;Jamoca只用10毫秒左右的时间就能选好路线,并实时行动。也就是说从看清环境,到选择路线,再到付诸行动,Jamoca高度协同、反应很快。

Jamoca是如何做到精准感知和落脚的?我们给它设计了一套眼脚标定方法,它利用相机当眼睛,先找到环境中的特征点,比如桩面的大小、高低、远近,同时它还要考虑自身的位置和运动轨迹,将两者数据融合,在“AI大脑”中重建出整个三维运动场景,然后,在保证安全地踏到下一步的同时,找出最省力的运动轨迹。

Jamoca会走梅花桩,能很好地应对凹凸不平的路面。但生活中还有大量平整的路面,比如马路、室内环境,这时四条腿走路速度就不够快。

大家想想,什么东西移动速度快?

是的,轮子!从四条腿到四个轮子,移动效率大大提升。以前,我们的交通工具是马车,马车的效率受限于马的四条腿。后来发明了汽车,汽车引擎使得汽车移动速度显著提升。年在纽约第五大道看到的辆车里只有1辆是汽车,但短短13年后,辆车只剩一辆马车,低效率的马车被迅速淘汰。当然动物的优势还在,比如我们去深山、沙漠旅游,地形很复杂,也会用到马或者骆驼。

机器人能否兼具腿和轮子的优点,既能在崎岖路面走得稳、又能在平坦路面跑得快呢?

可以的。这是Jamoca的“师弟”Max。

Max是足轮融合多模态四足机器人,它有四条腿,可以平稳走过不平整路面,还会变换身高和跳跃。同时Max还有四个轮子,切换到四轮模式,最高速度可达每小时25公里。

为了让Max兼具腿和轮子的优势,我们对它的“躯干”和“大脑”做了很多创新。

躯干也就是本体设计方面,传统的足轮融合方案是把轮子放在脚上,需要两套电机分别驱动腿和轮子。这种方案会让机器人的腿变得“笨重”,能耗较大。通俗地讲就是行动很费力,灵活性也会有所降低。

而我们把轮子放在Max的膝关节上,用同一套电机同时驱动腿和轮子,这样质量更轻,能耗更低,运动更灵活。

大脑,也就是在运动规划与控制方面,Max在“师兄”Jamoca的能力上升级,新增四轮、双轮模态下的多种移动能力。

可以看到它在四轮姿态下能高速灵活运动,匍匐前进,

环境改变了,他也能保持平衡;还能在摔倒后恢复,以及后空翻。

Max还能双腿站立移动,而且也很稳。我们踢踢它,或者拿东西撞撞它,它都不会摔倒。

此外,站立让Max解放“前腿”,这样就可以完成简单的任务,比如抱一些轻的物体。

刚才我们展示了机器人的移动能力,这也是腾讯RoboticsX实验室主攻的三大研究领域之一,此外我们还聚焦机器人灵巧操作和智能体研究。

机器人要能灵巧操作任务,比如农业机器人要采摘不同质地的农产品,又比如护理机器人要搀扶病人、老人,这些都需要有媲美人类皮肤的触觉,才能把握好力度。

同时,机器人也是智能体,需要“AI大脑”自主决策,让机器人与人之间、机器人与环境之间更好地交互。

未来的机器人还可能是什么样子,需要具备哪些能力?希望大家大胆想象。先预告一下,几天后我们将会发布新的一款机器人。敬请期待。

让我们再想远一点,回到我演讲开头的问题,机器人只能是物理实体吗?

想象一下这样的未来,你想去国外念书,但是疫情原因,出国很麻烦。这时你的虚拟分身可以坐到哈佛大学的教室里,不仅能听课,还能和世界各国的同学一起做实验、做运动。

欢迎大家来到“虚实集成世界”。

在这个新的世界里,虚拟世界将和真实世界紧密结合,这里有四个关键的技术点等待大家去探索:现实虚拟化,虚拟真实化,全息互联网,和智能执行体。

首先,现实虚拟化。同学们会发现现在游戏、电影里的环境和人物越来越逼真,我们仿佛身临其境。逼真就是把现实虚拟化的能力。

比如腾讯AILab研究的千人千面技术,用30秒自拍视频,就能给你做一个3D形象,和你长得很像;

第二项技术是虚拟真实化,把遥不可及的东西真实地呈现在你的面前。

比如腾讯“云游敦煌”的


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