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科技资讯2014.6.20
[查阅次数:743次]  [发布时间:2014年6月20日]
 

《科技资讯汇编提要 2014.6.20

互联网动态

1.  云计算成为实现智慧城市的关键一环

2.  手机业之外的12种颠覆性技术(IT时代周刊

新能源动态

3.  中科院院士葛昌纯:向空间太阳能要电力中国科学报

4.  中央研究能源安全战略:抓紧启动新核电项目中国科学报

5.  澳大利亚利用太阳能“超临界”蒸汽发电获得成功中国科技网

信息技术动态

6.  MIT研发新技术:利用WiFi信号隔墙监控人的心率飞象网

7.  3D传感技术在光源照明及光学滤波器领域取得多项进展飞象网

制造业动态

8.  “纯意念控制”人工神经康复机器人问世中国科学报

9.  李嘉诚投资千万美元用“3D打印猪肉”上海商报

10.三维打印 如何走得更远(热点解读)人民网

 

《科技资讯汇编正文2014.6.20     

1. 云计算成为实现智慧城市的关键一环

短短几年的时间,云计算已经开始影响人们日常生活,并不断渗透生活的方方面面。我们的个人资料被储存在云盘中,通过云盘里的应用程序来联系,借助手机和平板电脑来管理我们的数据。云计算逐渐成为大多数行业组织的关键性技术支撑,对于智能家居行业又将如何呢?

 

云计算的显著优点


  首先,云计算提供了最可靠、最安全的数据存储中心,用户不用再担心数据丢失、病毒入侵等麻烦。其次,云计算对用户端的设备要求最低,使用起来也最方便。此外,云计算可以轻松实现不同设备间的数据与应用共享。最后,云计算为我们使用网络提供了几乎无限多的可能。更快的部署次数,客户端采用时间缩短;开发资源库非常丰富;促进营收;改善分类IP服务的总体拥有成本和利润率;降低应用程序生命周期成本。在智能家居领域,云计算的优点也得到完美体现,成为智能家居发展最强大的动力。


  云计算发力为智能家居撑腰


  对于智能家居来说,其所有的功能建立在互联网与移动互联网这个基础上,同时,如今的智能家居其实就是一个家用的小型物联网,需要通过各类传感器,采集相关的信息,并通过对这些信息的分析,反馈,实现相关的功能。


  因此,智能家居的稳定性,可靠性,在很大程度上建立在良好的硬件基础上,没有容量足够大的存储设备,将会造成信息难以储存,甚至大量的数据会因此遗失,自然更难对其进行针对性的查询分析以及计算。尤其,目前的智能家居需要存储的信息还包括了音频和视频信息,如远程视频监控与远程对话,这些都需要极大的容量,若是关键数据丢失,很有可能就会造成很大的损失。据九正建材网了解,目前普通的存储设备,很难跟得上数据存储所需要的增长速度,大概很少有人会为了一百多平米的地方专门购买一台用于存储分析计算家庭各项数据的服务器吧。


  而云却是一种低成本的虚拟计算资源,云计算将这些资源集中起来,自动管理,用户随时随地可以申请部分资源,支持各种应用程序的运转,省去了大量的维护工作,自然就可以降低成本,提高工作效率,获取更好的服务。


  因此,为了满足智能家居的种种需求,云计算成为了智能家居最好的伙伴,通过云计算,建设一个云家,即可更加精准快速地实现对家居设备的控制,而且在用户获得更好的云服务的同时,成本也更加低廉。


  云计算成智能家居技术支撑


  云计算与我们熟悉的互联网相比,从一定程度上解决了人与物的链接与通讯问题。近年来,智能家居领域的发展趋势,除了原有的一些灯光控制、红外控制、窗帘控制、远程控制等相关技术,特别是以RFid为代表的更多物联网感应技术、识别技术的广泛应用,创造出人们所需的智能手段。智能家居的根本是便利人们的生活,所有的这一切都需要人来控制,但同时也要提高智能化,减少人来控制的不方便性。

 

 

2. 手机业之外的12种颠覆性技术

  凯文·凯利有互联网预言帝之称,他是科技杂志《连线》的创始主编,著有《失控》(Out of Control)一书,被马化腾等互联网大佬推崇为预言大师技术先知。这是一篇他的最新演讲,核心内容是互联网垄断会被边缘创新颠覆,从他引用的汽车以及IT技术发展史上看,20年后最伟大的产品,恐怕还没有被发明出来。

  美国《连线》杂志创始主编、《失控》的作者凯文·凯利(Kevin Kelly)近日现身2014年浙商大会暨移动互联网峰会,并做了长达一个半小时的演讲。他认为,手机最大的颠覆不会来自手机本身,颠覆肯定来自外部。以下是记者现场对KK演讲的整理。

  凯文·凯利:1800年,帆船被认为是一个高科技,它利用自由能源风力来航行,而当时的第一艘蒸汽船又小又短又贵,靠不住,但它独一无二之处是可以向上游行驶,但是经过持续改进(relentless improvement),蒸汽船技术越发成熟,成本降低,帆船开始走下坡路,蒸汽船将帆船挤出了市场;1946年,底特律拥有最高科技的汽车,当时日本的本田先生将电动系统装在自行车上,底特律认为它微不足道,只是一个玩具,到了1963年,凯迪拉克世界顶尖,通用汽车利润颇高,同时本田先生创造出第一辆本田车,底特律没有重视,他们觉得这只是一个小项目。然而经过持续改进,本田越发先进,小型汽车比传统大车的引擎更高效,结果,通用破产,本田不断盈利;另一个例子,打印机刚开始的印刷是由小点组成的,印刷产业没有考虑点矩阵,经过持续改进,过去那个笨重的印刷机的点矩阵被线条代替;另一个例子,IBM的科技当时很领先,无人能敌,但出现了一个由大学生制造出来的Altair ,这个不起眼的项目就是比尔盖茨制造出来的,IBM完全忽略了他,经过持续改进,有了微软的WindowsIBM被一个软件公司颠覆了,而不是电脑制造公司。正当硬件软件被IBM和微软垄断,一切似乎都不可能的时候,谷歌出来了,搜索引擎被微软轻视了,他们低估了搜索的能力,谷歌如今不仅仅是一家搜索引擎。那现在哪家公司可以颠覆Google呢,苹果,FacebookDropbox,还是腾讯,阿里巴巴?

  所以,颠覆性技术永远在发生,而且是从边缘性的地方出现的。它经过初步创新,不断改进,达到最低客户满意度,突然间市场打开。刚开始,这些颠覆性技术具有这些特点:质量低,高风险,利润低,市场小,未被证实的。没有人愿意进入。但创业公司别无选择,因为他们没有资金,顾客和技术。这些边缘性领域就是创业公司的突破口,这就是为什么创业型公司很容易颠覆我们目前的科技。

  公司发展有一个最大化适度(maximize fitness):不断成长,以达到最顶点,达到最高的适应度,而颠覆性技术在最底层发生,在非常低的适应度之处发生,它接近毁灭,破产和失败,大多数创业公司被迫待在这些地段。所有公司都希望高利润,如今却有一幅崎岖的景观,你看到最高的山峰,而明日将出现更加高峻的山峰,另一个领域将有更新的科技和创造出现:你是做帆船的,突然出现蒸汽船,你是做大车的,突然出现小车,你是做传统印刷的,突然出现了数字印刷。这里,你必须降低达到差异化(devolve to different)”:公司达到顶点之后,要降低自己的领域,到边缘性区域,产生差异化。一些高利润大市场的大公司若尝试边缘化东西它可能接受不了,因为这接近毁灭,对大公司和成功者来说产生颠覆性技术是很难的。

  【批注】麻省理工学院今年将超级隐私智能手机作为本年度具有颠覆性技术之一,由于美国国家安全局一系列监控丑闻事件的曝光(比如棱镜门事件),引发了消费者在信息时代对自身信息泄漏的担忧。这款智能手机即将投入市场,它将会最大限度地保护私人及企业信息。由此看来,手机的隐私保护功能在一些学者眼中,也成了颠覆性技术。

  手机最大的颠覆不会来自手机本身!颠覆肯定来自外部。我来告诉你们一些手机业之外的颠覆性技术:

  1.大数据时代:2050年,信息量将达百万兆兆,大得超越了我们的描述范围,它的扩张是爆炸性的,所以,你的生意现在是个数据生意!新的适时和规模数值运算,我们处在新时代的开端:关于客户的数据和你的客户一样有价值,保持数据的移动性,保证它可以被分享。

  2.云端:共享资源,云计算和云储存有人际网络效应:1000个平方的数据大于两个500平方的数据相加,所以要创造更大的社交网络和云端储备。云端数据是无极限的(asifinfinity),呈指数级增长;它的成本归零(asifzero),不断下降。所以有很重要的数字:0和无极限。目前就是整合一片云,使用权不再受限,可以轻易接入,接入权(access)比所有权(ownership) 更好,不用买东西,直接买接入权。

  3.量化生活(quantifiedself)科技产品可以记录追踪身体,生活,行为,健康,可穿戴设备,量化器,植入身体,任何你可以量化的东西人们已经在使用了。健康传感器,苹果的智能手表,可以改变药物使用。医疗生活化之后,对于自己是否健康(normal)你会有一个基本的概念。你可以掌握自己的血脂,心率等,可以看到生病的征兆,从而知道什么是你的正常状态。还可以利用基因数据,制造个性化的药物,为你专门生产。

  4.无处不在的跟踪:相机无处不在,数码监控加上60亿台摄像手机。一旦有意思的事情发生,就有人记录,把它存入云端,我们自愿被记录和跟踪,社交网络可以自动搜索我们的位置;相互监视,我们知道谁在定位自己,谁在追踪,这是双向互动。

  5.可穿戴式设备:谷歌眼镜和隐形眼镜片,衣服上的科技创新,触摸衣服,触摸身体,检测你的姿势,矫正坐姿等,这类产品可以帮助残疾人,用了这些产品,你就可以看到现实世界之上的数据世界,你就可以获取这些现实事物的数据,同时感知虚拟世界和真实世界。

  6.新界面:在《少数派报告》这部电影中,汤姆克鲁斯用身体链接数据,用手势来指令,《钢铁侠》同样,小唐尼用手指触碰虚拟3D图像。而现三星Galaxy可以追踪你的目光范围,你看到哪里它都知道。眼球追踪式技术,用来分析读者的关注点,自动适配大小,比如看电影时自动调节屏幕,分析情绪。你注视的所有事物都在注视着你(Anything that you look at will look back at you)。 声音控制,IBM正研发一款软件,通过声音来告诉手机干什么,实时翻译。大脑计算机,戴上头盔之后通过意识来控制事物,此技术还没成熟,这些东西不太主流,很边缘化,比较像玩具。但它们都是颠覆性技术。

  7.真技术(telepresence)比如医生可以虚拟成像然后诊断,还有Oculus Rift的眼镜,戴上oculus rift眼镜,360度沉浸,在医药,游戏,海底探索,太空探索都会带来颠覆。医生戴上Google glass,远程诊断。我们的生活有无处不在的屏幕,建筑,飞机后座上的屏幕,甚至可以弯曲旋转,未来将有更多的屏幕。一个人有三四个屏幕以上,这是一个多屏幕的时代。电子书方面,传统是平板,但如果屏幕可以弯曲,也可以像纸质书一样翻页。甚至会有无屏幕的显示器:在窗子和挡风玻璃上显现。我们是屏幕人(people of the screen):不再被书和文本包围,而是被屏幕包围。

  8.3D打印:3D在非常快地改进,它在颠覆制造业,不仅制造巨型机器,还有小玩意儿。制造业无法完成的形状都可完成。大型工业化产品都可打樱3D打印机甚至可以打印自己。硬件等于软件,物质化材料可以像软件一样运转。中国将成为3D打印的领军者。它是解决制造业难题的颠覆性技术。

  9.人造智能(artificial smartness)我不用intelligence,因为我们更需要聪明而不是智能。我们有一个越发聪明的智能系统,比如Siri,无人驾驶汽车和无人驾驶飞机,它们比人类还能更好地使用这些机器。它并不是一个有意识和感情的生物,而是非常聪明灵敏的机器,可以同时做两件事,比人类精明。这个智能为云端服务,你可以买这个智能,从云端获取,不需要自己制造。关键是,你买来之后将用它来做什么?可以翻译,可以玩游戏等。这会形成网络效应,用AI的人越多,它越聪明,越聪明,用得便利程度更高。

  10.子货币:过去钱作为价值,现在,钱作为沟通工具:分享,合作,追踪,传播,注解,标识。比特币是加密货币,可以实现P2P 网贷平台。电子钱包更加表明钱是沟通工具。

  11.网络安全:是机遇也是威胁,比如Facebook的真是姓名,iPhone的指纹认证,国家之间的网络之战,智能手机的恶意软件等。

  12.众筹:是一种市场调研的方式,还有股权众筹,公司可以由消费者众筹而来。

  未来的手机是什么样的?它更小,更亲密,在衣服上,在身体里。未来是难以置信的,必须要经常相信不可能,属于20年后最伟大的产品还没有被发明。所以,你们还不晚。

 

 

3. 中科院院士葛昌纯:向空间太阳能要电力

“空间太阳能发电是解决能源危机的有效途径。”近日,在接受《中国科学报》记者采访时,中科院院士葛昌纯指出,要想从根本上解决我国和世界的能源危机,主要有两条途径:一条是利用核聚变能,另一条就是利用空间太阳能。

 

  上世纪60年代末,美国工程师Peter Glaser提出空间太阳能发电的概念,自此,国际学界对此的研究已经超过40年,而空间太阳能发电站(SSPS)的技术基础已建立起来。

在葛昌纯看来,建立技术上、经济上可行的太空发电站系统,可以有效利用空间太阳能,建立巨大的可再生能源战略储备,对于保证我国的能源独立和安全、国民经济的可持续发展及服务国防建设具有重要的战略意义。

 

与其他国家相比,我国面临着更为严重的能源问题。我国油气人均剩余可采储量仅为世界平均水平的6%

 

近些年来,我国致力于地面太阳能电站的建设和推广。一批批大型太阳能光伏电站相继建立起来。然而,由于受到昼夜交替、气候限制、季节变换以及地理纬度等方面的限制,太阳能的利用率低以及储能问题难于得到彻底解决,地面太阳能至今还只能作为不稳定的、非主导的可再生能源使用。

 

“在地面建太阳能电站,由于受大气层的吸收和散射效应影响,太阳光强到地面后衰减到1.0千瓦/平方米;而如果建立空间太阳能电站,光强为1.353千瓦/平方米,且99%的时间为白天,故而具有很高的发电效率。”葛昌纯说,太空发电卫星上同等面积的太阳能电池其发电量可达地面发电量的1015倍,地球同步卫星轨道1公里宽度的面积每年接收的太阳能总量相当于人类剩余石油的总能量。

 

以此推算开来,如果在地球同步轨道上建设太阳能电站,当其实际转换效率为10%时,电站的总功率为21太瓦。根据2007年的数据显示,世界上所有的能源需求约为每年15太瓦。

 

葛昌纯说,从技术上来说,在我国建设空间太阳能发电站有着相当大的现实可能性和必要性。

 

20世纪70年代,美国就曾提出过一个20年内投资2500亿美元的预算报告,即用于建造可重复使用的两级运载器和60颗太阳能发电卫星,不过,该项目终因预算过于庞大而没有获得通过。

 

近期,美国太平洋煤气电力公司又宣布将与加州太阳能发电公司合作。由此,他们迈出了在外太空开发太阳能的第一步——在地球轨道上设立太阳能电池阵,然后将生成的电能转化为无线电波束传回地球,再由地面电力储备站接收,转化为电能后供应给千家万户。

 

“在迫切的能源需求面前,发展空间太阳能发电对中国而言势在必行。”葛昌纯说。

 

此外,葛昌纯指出,近年来,作为高端装备制造基础的材料科学与技术在我国迅猛发展,我国在先进能量转换材料、纳米材料、各种功能梯度材料、超轻超强结构材料、超导材料、各种复合材料和抗辐照材料等领域都取得了显著成绩,而这可以为我国发展空间太阳能电站提供重要的支撑。

 

  “目前,我国在空间太阳能发电所需一系列关键技术研发方面并不落后于美、日等发达国家。”葛昌纯说,如果像搞“两弹一星”那样,集中力量办大事,我国完全有可能引领国际空间太阳能发展。

 

 

4. 中央研究能源安全战略:抓紧启动新核电项目

在采取国际最高安全标准、确保安全的前提下,抓紧启动东部沿海地区新的核电项目建设。”613日,国家主席、中央财经领导小组组长习近平主持召开中央财经领导小组第六次会议,研究我国能源安全战略。

 

习近平就推动能源生产和消费革命提出5点要求,其中包括推动能源消费革命,抑制不合理能源消费;推动能源供给革命,建立多元供应体系等。

 

此外,《每日经济新闻》记者获悉,近日国家能源局局长吴新雄主持召开局长办公会议,研究部署近期要突出抓好的重点工作,在这些重点工作中,就包含《我国能源安全战略》的制定工作;组织实施《能源行业加强大气污染防治工作方案》,突出抓好增供外来电力、保障天然气供应、发展核电和可再生能源以及提前供应国五油品等5个方面127个重大项目的落地。

 

制定能源安全战略

 

习近平发表重要讲话强调,面对能源供需格局新变化、国际能源发展新趋势,保障国家能源安全,必须推动能源生产和消费革命。

 

据今年初公布的《2013年国内外油气行业发展报告》称,2013年,我国天然气进口, 量同比大增25%,达到530亿立方米,天然气对外依存度首次突破30%,达到31.6%。与此同时,我国石油对外依存度接近60%2013年我国石油和原油表观消费量分别达到4.98亿吨和4.87亿吨,同比分别增长1.7%2.8%,石油对外依存度为58.1%,与上年基本持平。

 

会议听取了国家能源局关于我国能源安全战略的汇报,领导小组成员进行了讨论。习近平就推动能源生产和消费革命提出5点要求。第一,推动能源消费革命,抑制不合理能源消费。坚决控制能源消费总量,有效落实节能优先方针,把节能贯穿于经济社会发展全过程和各领域,坚定调整产业结构,高度重视城镇化节能,树立勤俭节约的消费观,加快形成能源节约型社会。第二,推动能源供给革命,建立多元供应体系。立足国内多元供应保安全,大力推进煤炭清洁高效利用,着力发展非煤能源,形成煤、油、气、核、新能源、可再生能源多轮驱动的能源供应体系,同步加强能源输配网络和储备设施建设。第三,推动能源技术革命,带动产业升级。立足我国国情,紧跟国际能源技术革命新趋势,以绿色低碳为方向,分类推动技术创新、产业创新、商业模式创新,并同其他领域高新技术紧密结合,把能源技术及其关联产业培育成带动我国产业升级的新增长点。第四,推动能源体制革命,打通能源发展快车道。坚定不移推进改革,还原能源商品属性,构建有效竞争的市场结构和市场体系,形成主要由市场决定能源价格的机制,转变政府对能源的监管方式,建立健全能源法治体系。第五,全方位加强国际合作,实现开放条件下能源安全。在主要立足国内的前提条件下,在能源生产和消费革命所涉及的各个方面加强国际合作,有效利用国际资源。

 

东部核电即将重启

 

东部核电项目的启动即将进入倒计时状态。

 

今年4月底,李克强总理主持召开了新一届国家能源委员会首次会议,在此次会议上,研究讨论了能源发展中的相关战略问题和重大项目,主要有两大核心议题——核电和特高压。

 

当时的会议上已经确定,对于核电建设的基调就是只开工东部沿海项目,对于内陆核电站方面,则保持在十二五期间不安排内陆核电项目的态度,此次中央财经领导小组会议,也仅仅是表示东部地区启动核电项目。

 

经过长期发展,我国已成为世界上最大的能源生产国和消费国,形成了煤炭、电力、石油、天然气、新能源、可再生能源全面发展的能源供给体系。

 

而在当前经济下行压力加大的情况下,国家将开工建设一批核电、特高压输电、太阳能发电基地、大的水电站等重大能源项目。

 

中国社科院新能源专家刘强此前在接受《每日经济新闻》记者采访时表示,实际上,核能发展是对煤炭能源的替代问题,综合考虑我国当前经济发展实际情况,我国核电发展的困境并不是很大。

 

李克强总理在能源委员会会议上称,当前要开工一批重大项目。要在采用国际最高安全标准、确保安全的前提下,适时在东部沿海地区启动新的核电重点项目建设。

 

尽管我国能源发展取得了巨大成绩,但也面临着能源需求压力巨大的问题。当前,我国东部地区能源需求旺盛,在天然气等新能源逐步替代煤炭等传统能源的同时,现在正是发展核电最好的时候。

 

据《每日经济新闻》记者了解,我国核电站大多分布在东部沿海地区,因为在这里建设核电站不用担心水源问题,核电站在发电过程中,大量的能量会以热能形式排放,需要足够的冷却水,这更多是从安全角度考虑。

 

 

5. 澳大利亚利用太阳能“超临界”蒸汽发电获得成功

科技日报讯 对于太阳能来说,实现“超临界”蒸汽是一重大突破,意味着将来可以驱动世界上最先进的发电厂,而目前的电厂多依靠煤炭或天然气发电。澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSIRO)利用太阳能实现加压的“超临界”蒸汽,使蒸汽温度达到了有史以来的最高值。这一重大技术成就使太阳热能驱动电厂的成本竞争力可与化石燃料相抗衡。

 

CSIRO能源总监亚历克斯博士说:“这是改变可再生能源产业游戏规则的里程碑。仿佛超越音障,这一步的变化证明了太阳能具有与化石燃料来源的峰值性能进行竞争的潜力。”

 

亚历克斯博士说:“目前澳大利亚电力大约90%使用化石燃料产生,仅有少数发电站基于更先进的‘超临界’蒸汽。这一突破性研究表明,未来的发电厂利用自由的、零排放的太阳能资源可达到同样的效果。”

 

据物理学家组织网近日报道,这个给太阳能发电带来突破进展的示范项目,利用太阳能辐射加热使水加压,“超临界”太阳能蒸汽每单位面积达到23.5兆帕压力,温度高达570摄氏度。该突破是在新南威尔士州纽卡斯尔的CSIRO能源中心,即澳大利亚低排放和可再生能源研究的主场取得的。该中心包括两个太阳能光热试验电厂,拥有超过600面定日镜,直接朝向覆以太阳能接收器和涡轮机的两座集热塔。

 

当前世界各地的商用太阳能热电厂利用亚临界蒸汽,温度类似但在较低的压力下运行。如果这些电厂能够达到超临界蒸汽的状态,将会有助于提高效率,并降低太阳能发电的成本。

 

该研究项目获得澳大利亚可再生能源机构(ARENA)提供的568万美元支持,与世界上最大的太阳能光热发电供应商阿本戈太阳能公司合作完成。CSIRO还在开发先进的太阳能储存,以白天或晚上任何时间都可提供太阳能电力。

 

 

6. MIT研发新技术:利用WiFi信号隔墙监控人的心率

现在,一种低功率信号就足以同时追踪4人的心脏跳动情况,这样的发展局势也为科学界研发搜救过程中的追踪人体的应用开启了新的道路,同时也可以开发一种简单的信号来确保家长在夜间很好地监控婴儿状况。

 

在这种新技术的帮助之下,父母能够对居住另一间房间婴儿的心率进行监控,而不需要使用任何可穿戴设备或特殊睡垫,只需要使用一种由MIT(麻省理工学院)最新研发的技术即可,这种技术主要使用Wi-Fi信号来追踪人体胸腔的起降状况。

 

麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员现已能够隔墙传输一种低功率的无线信号,并监测到信号返回的时长。这种信号的变化状况可以让研发人员观测到人体状况,甚至是人的胸腔即时活动状况。

 

麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员根据人体胸部起伏状况来监测人的心率,准确率高达99%。这种新技术可以同时对四个人进行追踪。

 

据媒体联合作者迪娜·卡塔比(Dina Katabi)称:此前,这种追踪人体即时心率的举措一直都非常困难,如今却能够通过低成本可使用的技术完成,这种技术为人们追踪人体重要信号开启了新的可能性。

 

最近一段时间,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员一直在完善他们的Wi-Fi追踪技术,而且还利用了无线信号来进行3D追踪。

 

这一新技术系统除了能够追踪婴儿心率之外,而且还能够被应用到搜救过程之中,同时也能够用来追踪用户自己的健康数据。目前,麻省理工学院计算机科学和人工智能实验室的研究人员还在考虑将此技术系统进一步拓展,以便能够用来追踪人的情感等,当然这也是通过连接人的心率和呼吸状况而展开。

 

 

7. 3D传感技术在光源照明及光学滤波器领域取得多项进展

从消费电子市场到工业应用,随着新应用在各领域的不断出现,3D传感技术的市场在不断地发展壮大。现今几乎所有的智能电视及操作系统都已经能支持动作识别的相关功能,完成诸如画面缩放和频道切换等功能;传感器能够通过探测生产线的移动和表面质量,从而控制产品在生产线中的流向;设计人员也可以对复杂的形状进行扫描并通过3D打印机进行复制;监控系统也已能确保动物和人类远离危险的区域。

 

如今的传感器也已可以探测到极端细微的动作和特征。现代的传感器不仅能够探测到点头之类的动作,还可以精确地识别是谁点的头;除了识别功能,现代的传感器还可以用来检测心跳和情感交流时细微的面部特征;现今,3D传感器也已经应用于室外,这意味着传感技术已能应对高亮度或复杂光照等环境下的监测需要。

 

一系列的市场研究报告展示了3D传感市场的广阔前景。据市场调研公司Marketsandmarkets预计,动作识别和非触碰感应技术的市场规模,将在未来数年间取得79%的增长;据CompaniesandMarkets.com网站发布的报告预测,截至2018年,动作识别及非触碰感应市场的复合年均增长率将保持在50.7%的水平,市场规模将达到71.5亿美元;另外,思迈汽车信息咨询公司(IHSAutomotive) 也发布报告表明,2030年动作识别及非触碰感应产品在汽车行业的使用量将超过3800万套。3D传感市场的快速增长和应用数量的持续增加,主要得益于光学和照明技术的进步带来的器件微型化和低成本。

 

3D传感是如何工作的

 

从本质上来说,3D传感技术主要是指对物体随时间变化的特征和位置进行追踪。为了实现这一目的,人类的眼睛拥有两种不同波长的传感器(晶状体和视神经),大脑是一个复杂的处理器。通过眼睛和大脑协同工作,人类实现可以对波长在390-700nm范围内的光线进行观测。3D传感设备的工作原理与此基本一致,只不过通常还会配备一个照明光源。

 

试想一下这样的场景,一位游戏玩家在一台3D传感器面前挥动高尔夫球杆。在这种情况下,传感设备中的照明元件发射出不可见的光照亮玩家及其四周的环境。由于光会从玩家的身上反射回传感设备,而光学滤波器则会将杂光和环境光屏蔽,只允许近红外光谱通过光学传感器。通过对光线变化的解读,传感器便可以绘制出玩家动作的3D数字图像,并将图像不断反馈给游戏程序。

 

为了完成上述的过程,尽管不同类型的3D传感系统的配置和软件会有所不同,但它们的基本硬件却是一样的:

·照明光源通常会使用LED或激光二极管来发射红外光谱或近红外光谱

·光学控件光学镜片能优化环境照明效果,将反射光聚焦到探测器表面,而带通滤波器则只允许与照明光谱匹配的反射光到达光传感器,对环境光线以及其他杂光进行消除

·深度摄像头这种高性能的光学接收器可以对过滤之后的反射光进行侦测,并将其转换成电信号,由固件进行处理

·固件超高速ASIC DSP芯片对接收到的信号进行处理,将其转换成终端应用程序可以识别的格式

1.基本3D传感组件

照明光源

 

凭借优异的光谱准确性以及光电信号转换效率,激光二极管成为诸多消费类电子应用设备首选的照明光源。通常这些消费电子应用设备的特点是电源功率有限且元器件十分密集,这就要求尽量减小耗散功率。同时,由于和激光二极管配套使用的光学滤波器和光学传感器对光线的波长十分敏感,这就要求在较大温度范围内光线的波长保持稳定。

 

在光线波长可选范围和照明准确性方面,LED照明系统的处于劣势。对于短波长激光,传感器的量子效率(QE)要比LED照明的波段高得多。商用成品LED拥有相对较宽的光照锥,经常有高达50%的光起不到有效照明作用。综合这两点因素及下表中所列举的优势可以看出,使用激光二极管做照明光源系统的3D传感设备,其总体性能要比采用LED3D传感设备高出510倍。

 

 

单模激光二极管的特点是折射率导引、单模波导,它可以提供高功率、低散光、窄光谱、以及单空间模式高斯远场光线,之外,它能以低工作电流产生高功率的光线。此类激光二极管,可以在60°C的高温和200毫瓦高功率下也可以非常可靠的工作。Fabry-Perot垂直腔面发射激光器(VCSEL)拥有极高的功率密度(单横模~1W)和效率,且可靠性也很好。基于上述这些优势,它们非常适用于像3D传感器这样对整体性能和功率密度要求都很高的设备。更重要的是,VCSEL能适应晶片规模的测试及组装,并适用于超大规模的应用设备。

 

光学滤波器

 

3D传感系统中使用的光学滤波器一般都是窄带宽近红外滤波器,它的工作角度宽广,在要求的带宽范围内信噪比很低,在其他波段则会被彻底屏蔽。光学滤波器的元件通常会作为一层镀膜涂在摄像头的镜片上,或者是作为一个独立的元件单独存在。

 

通过对进入传感器的光线加以限制,光学滤波器可以把与3D传感进程无关的数据清除,再加上应用软件中搭载的抑噪功能,使得固件的处理负荷极大降低。

 

技术的进步

 

3D传感市场,决定一款元件成败的因素有三个:尺寸、效率和工艺。对可穿戴用品而言,小型化是新兴应用的前提条件,举个例子,一副眼镜框的尺寸很有限,无法将照明光源、传感器、处理器以及电源系统融合于一身;元件效率的提升,不仅能够实现设备的小型化,同时还能够有效降低设备的能耗;工艺的改善可以有效降低成本,从而实现消费类设备的规模化生产。

 

照明光源

 

随着激光二极管技术的发展,二极管的厚度目前已经降至2-3毫米,相比于人类视网膜大约0.5毫米的厚度,尺寸对于激光二极管的发展来说已不是问题。

 

设计的优化,也将激光二极管的效率提升到了新的高度。效率的提升意味着使用较少的电量便可以产生更多的光。这对3D传感系统的影响主要集中在两个方面:照明系统所需要的电量越少,意味着3D传感系统核心的处理系统能获得更多的电能;电池可以更小,处理能力可以更强。另外,效率越高,设备的散热也就越少。

 

针对照明需求和能源消耗的矛盾问题,设计人员现在有了更好的选择。3D传感系统在激光二极管在全功率运转时的性能最好,此时激光二极管提供的高亮度使传感器有极高的分辨率。不过,即使即使设计的电源功率较小,最新式的激光二极管也同样可以提供充足的照明。

 

某些新式的激光二极管拥有较为稳定的波长,这使得匹配合适的滤光片变得相对容易。当需要对系统进行优化以更好地适应复杂的光线环境时,调整激光或滤波器的波长是解决问题的关键所在,尤其是对于较暗环境下运行的设备而言,这种方法更加重要。

 

最后,新式芯片取消了气密封装的设计,从而方便用户使用成本更低的成品集成芯片和LED套件,而不必再额外定制套件,这一进步大大提高了生产速度并降低了生产成本,最终降低了终端产品的售价。

 

2.激光二极管量产封装现场(JDSU公司提供)

 

光学滤波器

 

随着传感器分辨率和照明光源功率的提升,高信噪比(SNR)和低角度变化成为必然的发展趋势。尤其对于移动设备而言,更倾向于采用大视场薄膜干涉滤光片,但因为它对角度的变化非常敏感,此类滤光片的带通也会随角度变化。

 

薄膜制程专利技术的发展,使得滤波器的性能更加稳定且不再随着角度的改变而出现显著的变化。这意味着3D传感系统监测区域的边缘也拥有很好的性能,同时也减少了室外环境光线的影响,从而扩大了3D系统的适用范围。

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3.低角度变化设计和标准角度变化设计

 

上述新技术可以在分立的滤波器上镀膜或直接在CMOS传感器上镀膜。虽然直接在传感器镜片上镀膜的费用较高,但它可以缩小设备的尺寸。尽管最新的制造工艺已经可以采用0.2毫米厚的玻璃进行滤波器的大规模生产,光程的任何一点缩减都会十分重要。

 

分辨率

 

对于手臂或手部动作的感应并不要求传感器具有极高的分辨率,但对于面部表情的识别则不然:心跳动作和眼部动作的感应要求较高的智能水平,因此,传感器也应当具备更高的分辨率。目前市面上最新式的高清智能手机的像素已高达4100万,这远远超过了当前任何一款3D传感设备对图像细节的要求。

 

解决分辨率问题的关键,在于数据处理的功率是否达标。处理器技术的提升通常会造成成本和能耗的增加,而这对于量产设备,尤其是消费类电子产品而言,通常是难以承受的。目前,软件开发商已经开发出多种复杂的新算法,可以轻松处理各种分辨率的数据。

 

不过,对于固定式监控系统设备而言,成本和能耗都不是问题:最新式的激光二极管、滤波器以及高分辨率传感器的结合可以达到非常高的3D传感性能。

 

应用的发展

 

近期3D系统对环境光的处理技术新进展对车载应用十分关键。对于汽车而言,主要的感应区域位于挡风玻璃的正下方,而这一区域同时又是最容易暴露在阳光下或被车头灯照到的区域。已有商家展示了在任何光照条件下对车载信息显示系统进行细致的非触控式操控,此类传感设备很有可能将被逐渐应用于从豪华车型到经济车型等各个价位的汽车当中,因为此类传感设备不仅十分方便,同时也可以显著提高汽车的安全性。停车辅助系统以及预碰撞安全监测系统,也是3D传感技术在汽车领域不断增长的发展方向。

 

3D脸部识别技术可以精确测量人脸部的几何数据,与指纹技术的准确性不相上下。就实用性而言,搭载3D传感技术的计算机、甚至包括ATM自动取款机在内的设备,可以在用户打开设备时,立刻对用户进行识别和认证,因此3D脸部识别技术的出现,意味着繁琐的登录系统已经成为过去式。的确,世界上处处可见的电子密码锁将会因此改变,一旦用户通过脸部识别的认证,就可以方便地使用应用程序和信息数据,甚至是开门入室。

 

小型化趋势使得可穿戴用品的发展获得了很大的推动力。谷歌正在推进一个名为“ProjectTango”的项目,一款支持室内绘图、功能强大的3D智能手机的设计工作。一旦谷歌眼镜之类的设备在市场上得到推广,用户在走路的过程中便可以在错综复杂的高楼大厦之间快速找到对的路线。对于视力障碍群体而言,该产品亦拥有巨大的市场潜力。

 

元件制造

 

想象3D传感系统的应用很容易。创建高效的系统、蓝本和小批量的设备并不简单,而持续大规模生产可靠的、高性能、小型化照明光源和光学滤波器,则更加困难!

4.光学滤波器制造过程(JDSU公司提供)

类似3D传感系统的高速数据处理系统要求其元件能够以低错误率、低退化率进行长时间的运转,这其中的关键问题仍在于制造工艺。对于大规模、低利润的消费电子元件而言,其成本的构成,直接决定这是发明人的幻想或是产生利润的产品。小型生产厂和特约制造商或许能够生产少量的高性能概念型产品或蓝本,但严格按照标准生产数以百万计的部件则是全然不同的挑战,而且消费电子产品利润率极低。放眼全球,能够大规模生产3D传感元件的制造商,更是屈指可数。

 

 

8. “纯意念控制”人工神经康复机器人问世

技术人员在指导因中风偏瘫的董阿姨使用“神工一号”。

本报天津615日电,还记得巴西世界杯开幕式上,患有截瘫的巴西青年诺平托在脑控机械外骨骼技术的帮助下,为世界杯开球的神奇一幕吗?如今,这一幕在天津再次上演。14日,在天津大学和天津市人民医院举办的纯意念控制人工神经康复机器人系统发布会上,因中风导致偏瘫的董阿姨通过指挥自己原本无法动作的肢体听话地完成相应动作。

 

该技术历时10年,是国家“863计划”“十二五国家科技支撑计划和国家优秀青年科学基金重点支持项目,在复合想象动作信息解析与处理等关键技术上取得了重大突破,目前已拥有包括23项授权国家发明专利,是全球首台适用于全肢体中风康复的纯意念控制人工神经机器人系统。

 

我们给机器人系统起名为神工一号,取义鬼斧神工该项目主要负责人、天津大学精仪学院教授明东说。

 

中风偏瘫或者截瘫的患者是因为中枢神经(如脑部)或者周边神经(如四肢)受损,神经通路受阻,大脑无法发出正确指令,或者指令无法传输到周边神经,进而无法指挥肢体肌肉收缩,无法正常行动。体验者需要把装有电极的脑电探测器戴在头部,并在患病肢体的肌肉上安装电极,借助神工一号的连接,就可以用意念控制肢体了。

 

神工一号看似简单、轻巧的机器人系统工作起来却很复杂。它需要首先提取体验者的脑电数据,构建出带有个体特征的意念控制指令的密码本。随后通过脑电的异步机接口技术模拟中枢神经通路、解码体验者的运动意念信息,进而驱动多级神经肌肉电刺激技术模拟周边神经通路、从而刺激瘫痪肢体产生对应动作。

 

体验者的想象并非只是单纯的控制命令,而是一种脑区激活方式,想象即为待实施的实际肢体动作,做到身随意动、思行合一。

 

神工一号不仅像脑控机械外骨骼可以起到替代作用,更有修复作用,与传统的康复手段相比,神工一号使患者的康复由被动变为主动。仅体验过3神工一号的董阿姨,脚、腿和大拇指已经可以自主动作了。

 

 

9. 李嘉诚投资千万美元用“3D打印猪肉”

我们每天吃的猪肉、牛肉以及皮革现在也可以用3D打印造出来了。这就是Modern Meadow所做的事情。这家诞生于美国的3D生物打印公司现已被李嘉诚看上啦!

 

作为一种新兴技术,3D打印已经被广泛应用,例如,用于制造医疗设备、手工汽车,甚至手枪。更令人感叹的是,我们每天吃的猪肉、牛肉以及皮革现在也可以用3D打印造出来了。这就是诞生于美国的一家初创公司——3D生物打印公司Modern Meadow所做的事情。这样一家公司,也吸引来了香港亿万富翁李嘉诚的投资。

 

Modern Meadow1000万美元投资

 

据了解,李嘉诚旗下的风险投资公司维港投资Horizons Ventures牵头对Modern Meadow Inc进行了1000万美元的A轮投资。

 

所能参阅到的资料显示,Modern Meadow是美国一家初创公司,该公司能够在实验室里培养出畜肉和皮革。对于这些被培养出来的牲畜的肉和皮革的用途,现阶段则主要是供应时尚设计师和皮革产品生产商,以满足全球对这些厂商所制造的商品的不断增长的需求。当然,需要特别指出的是,在3D打印研制的过程中不会伤害到动物和环境。

 

关于3D打印肉类的技术要点包括:生物墨水”也就是构成肉类的原料是不同类型的细胞的混合体;利用3D打印使原料成型,并在生物反应设备中进行处理。

 

简单理解就是生物制造的一种生物组织工程技术,在实验室的托盘里从皮肤细胞中培养出了皮革。这家公司还在研发经生物制造而成的畜肉、鱼肉和家禽肉。该公司预计,在原型阶段,能够打印出2cm×1cm×05mm见方的肉片。

 

Modern Meadow首席执行长Andras Forgacs曾向媒体公开表示,公司储存并用于酿造皮革和畜肉的细胞是通过小型活组织切片获得的,这不会弄疼、伤害或杀死动物。而且未来生物打印肉类不仅能够满足人类对于动物蛋白质的需求,同时对保护环境也是有利的。

 

李嘉诚频繁出手 食品科学领域

 

在众人的印象中,李嘉诚是一位在实业投资中难得的英才。其旗下的和记黄埔和长江实业都以脚踏实地的投资而为大家所知晓,例如,货柜码头和商业地产;但是大家也许还没有注意到,李嘉诚旗下还有一家风险投资公司,名为维港投资,近年来频繁地在一系列创新领域中找寻投资对象。

 

例如,维港投资了包括网络漫画创作软件的公司Bitstrips和主要做文本摘要程序的Summly公司。

 

Summly公司的创始人是达洛伊西奥Nick DAloisio15岁时拿到维港种子基金。然而,谁都没有想到,两年以后,达洛伊西奥把他的网站以3000万美元的价格卖给了雅虎YahooInc.。这也从侧面说明了李嘉诚的投资眼光。

 

维港对Modern Meadow的投资,可以视为李嘉诚在食品科学领域的第二笔典型交易。其实,维港投资早先还支持了Hampton Creek Foods公司,这家创业公司的理念是用来自植物的产品取代曲奇面团等各种食物中的鸡蛋。

 

当然,与Hampton Creek Foods公司相比,投资Modern Meadow公司更具想象力。

 

在李嘉诚投资之前,Modern Meadow2012年从美国农业部USDA和美国国家科学基金会NSF小企业创新研究Small Business Innovation Research获得了25万美元拨款。

 

另外,近两年该公司还从Breakout Labs、红杉资本Sequoia CapitalArtis VenturesIconiq处筹集了大约300万美元的种子基金。

 

 

10. 三维打印 如何走得更远(热点解读)

参观者用手机拍摄三维打印机

用三维打印技术制作的手掌

 

作为一项前沿性的先进制造技术,三维打印技术正快速改变人们的生产生活,在生物医学、建筑等领域发挥着重要的引领作用。但它的市场化之路并不平坦,三维打印未来应该怎么发展?前景如何?

 

2014世界三维打印技术产业大会暨世界三维打印技术博览会上,记者采访了相关企业和专家。

 

【技术】从细胞到建筑,三维打印无所不能

 

19日,2014世界三维打印技术产业大会暨世界三维打印技术博览会在青岛开幕。记者在各个展厅看到,有用三维打印技术打印出来的衣服、项链、兔子玩偶等,也有用于装备制造业的机器零部件,还有应用在生物医学领域的牙齿、骨骼……甚至有一家企业成功研制出三维生物打印机,可以进行细胞打印

 

据该企业董事长王红介绍,该打印机可以同时打印多种细胞及复合基质,细胞成活率达到92%,在一周之前打印输出的脂肪干细胞和眼角膜基质细胞已经连续培养9天,并成功传代3次,至今保持活性。细胞打印是生物制造的技术基石,也使得组织工程器官移植成为可能。

 

世界最大的三维建筑打印机、世界第一台真人蜡像三维打印机、亚洲第一台工业级全彩树脂三维打印机,19日也正式在本次大会亮相。据介绍,这三项三维打印技术的世界和亚洲的新纪录,全部属于青岛一家公司的技术研发团队的自主创新。这台世界上最大的三维建筑打印机将打印完成一座长、宽、高各12米的仿天坛中国古典建筑。随着建筑打印技术的成熟,以后的房子可能就是打印出来的了。具体负责该项目的工程师介绍。

 

本次大会由世界三维打印技术产业联盟、中国三维打印技术产业联盟、青岛市政府共同主办,青岛国家高新区承办。

 

【应用】我国还局限于少数领域

 

三维打印是以计算机三维设计模型为蓝本,通过软件分层离散和数控成型系统,利用激光束、电子束等方式将金属粉末、陶瓷粉末、塑料、细胞组织等特殊材料进行逐层堆积黏结,最终叠加成型,制造出实体产品。这也决定了根据其打印材料和应用方向的不同,会产生一些更垂直的发展领域。

 

据世界三维打印技术产业联盟秘书长罗军介绍,目前,三维打印机基本分为三大类:一是大众消费级(桌面级),多用于工业设计、工艺设计、珠宝、玩具、文化创意等领域。二是工业级,一方面是原型制造,主要用于模具、模型等行业;另一方面则是产品直接制造,包括大型金属结构件的直接制造和精密金属零部件的直接制造。三是生物工程级,如打印牙齿、骨骼修复、细胞、器官、软组织等。

 

罗军说,从应用领域来看,在欧洲和美国,三维打印的普及程度远比我国要高。2012年,世界三维打印行业的产值是120亿—130亿元,而国内大概为10亿元;2013年,世界三维打印行业的产值大概在200亿元,国内大概为20亿元;与国外相比,国内市场规模十分有限。

 

我国的三维打印技术发展水平也与国外存在一定差距。据介绍,目前,在设备生产方面,我国生产的三维打印机装备功能已经接近国际同行水平,差距主要体现在装备的可靠性和材料研发上。罗军举例说,国内部分三维打印机的关键器件如激光头等需从外国进口。此外,我国在材料质量和品种上还远不如美国、德国丰富,许多用于研发的实验材料仍需进口。

 

更大的差距还体现在应用上。在国外,三维打印技术已经在新产品开发、生物医疗、航空航天等方面有较多应用,而我国还局限于模具模型、文化创意产品等少数领域。

 

【市场】单纯产销设备的商业模式待改变

 

我国涉足三维打印技术的研究可上溯到上世纪90年代,但仅仅从近几年开始,三维打印才被公众所了解。在清华大学教授颜永年看来,这与缺乏成熟的商业模式有关。

 

颜永年说,三维打印行业依然沿用了传统工业企业商业模式的老路——生产设备卖设备,先把设备生产出来、推销出去,而不管市场和用户的需求。

 

罗军认为,三维打印一定要从应用入, 手,抓住用户的需求,以需求来带动应用。产业行业的需求,能进一步推动三维打印技术的改进和完善。

 

除了商业模式需要改变,三维打印所需要的材料瓶颈也急需突破。目前,业界对设备、硬件、软件的研究比较多,而对于材料的研究还比较少。材料问题已经成为三维打印发展的主要障碍之一。

 

此外,三维打印技术的发展,也可能引发安全性问题。据介绍,理论上,从工艺品到飞机零部件,从能发射子弹的手枪到能吃的蛋糕,三维打印都可以实现,而且打印所需的材料也不尽相同。这可能会引发一系列安全问题。虽然目前来看,利用三维打印技术打印出枪支,在某种程度上还是个噱头,但并不排除能打印出其他危害人体安全的工具,由此引发的社会问题需要注意。哪些可以做,哪些不可以做,需要由法律来界定,防患于未然,使行业发展更规范。

 

【发展】搭建服务平台,培育应用市场

 

颜永年说,发展三维打印行业,要特别注意解决工艺、材料、人才等问题,要更加注重产品的应用。

 

如何进一步推动三维打印技术的应用和普及?目前,世界三维打印技术产业联盟、中国三维打印技术产业联盟等组织正在着手搭建三维在线商务平台,利用云端服务理念,整合联盟成员资源,把会员企业公司网站各自分散的电子商务功能集中整合到三维在线网站,搭建社区服务平台,形成合力。

 

政府如何扶持和引导三维打印技术的发展?青岛市委常委、青岛国家高新区党工委书记陈飞认为,政府除了从规划、政策上引导之外,在推进三维打印技术的产学研一体化上,应该为企业搭建服务平台,培育好三维打印技术的应用市场,来推进三维打印技术产业的发展。