从全球首位半机械人到新物种机器人，复旦教授讲述如何造就新工科

　　还记得全球第一位半机械人“彼得2.0”吗？他是英国的计算机专家，患有渐冻症，2019年底宣布“彼得2.0”上线，成为由ai加持的半机械人，今年6月去世。 　　“他为未来建立人机融合机器人开了先例，我们复旦机器人学科准备通过生机融合智能机器人、全息智能机器人、至善智能机器人三个阶段，向新物种机器人迈进。”复旦大学工程与应用技术研究院副院长、复旦大学智能机器人研究院院长甘中学，日前在复旦大学管理学院“瞰见|云课堂”就“新工科与发明创造”发表演讲。

　　【从工业革命看新工科发展路径】 　　新工科到底新在什么地方？甘中学说，新工科新就新在“发明创造”这四个字上，新工科既不同于科学的理科，也不同于传统的工科，而是要“构建发明创造工程，突破学科交叉融合”。 　　深刻理解历次工业革命发展的历史，就可以“窥见”新工科的本质。第一次工业革命的标志物是蒸汽机。可能很多人认为蒸汽机是瓦特发明的，其实瓦特不是第一个发明者，而是远在一世纪的数学家希罗。他观察到当温度上升产生蒸汽后，茶炉就具有了把茶壶顶起来的力量，于是发明了一个“汽转球”，这就是蒸汽机的雏形。直到十四世纪，英国工程师托马斯·赛维利把它做成了最原始的蒸汽机，但它效率不高，不能作为动力支撑工业生产。这时，在学校实验室做实验的瓦特通过分析总结发明了离心调速器，就能有效控制蒸汽机的速度，大大提高了效率，这也是瓦特改良蒸汽机的一个重要标志。后来，瓦特与英国投资家合作申请了专利，使蒸汽机逐渐走向了产业化。 　　第二次工业革命的标志物是发电机。在法拉第发明发电机之前，奥斯特已经发现了磁现象，安培也证明了磁现象和电流之间的关系，但他们并没有发明动力机械发动机。通过多次实验，法拉第感受到应该是有一个场，使得电磁之间产生转换。由于法拉第没有受到完整的教育，还不能说清楚这一原理。40年后，根据法拉第的实验笔记，数学家兼物理学家麦克斯韦天才地创造了“麦克斯韦方程”。自这以后，特斯拉、西门子发明了直流电机，特斯拉发明了交流电机，令发电机成为第二个潜在动力。直到西门子将直流电机申请专利，并找到投资家使其产业化，成为第二次工业革命的标志。 　　“可见，发明创造是工业革命的一个爆破点。”甘中学说，从前几次工业革命中可以看到两个循环：一是发明成功的循环，首先是观察得到概念，接着构想设计，然后做实验，实验中遇到不解的问题就去寻求原理，并根据原理设计改造、再实验、抽象原理、再设计改进，循环往复，直至成功。二是产业化的循环。在实验室做出产品是第一步，但要真正走到市场上产业化，还需要实现第二个循环，从实验室到公司和投资，再反复实验室，再到公司，再到市场，再到资本。 　　【如何造就新工科的发明创造人才】 　　“新工科建设的要点就是多学科的交叉融合，是科学、人文、工程、管理的交叉融合。”甘中学说，前段时间通过复旦大学的多学科交叉，团队研制出了消杀机器人，一共用了两个月，比过去快2到3倍。 　　在他看来，新工科培养的人才应该具备第一性原理思维和批判精神的思维，此外还要有观察实验能力、想象构想能力、洞察抽象能力、合成执行能力、协作领导能力。但不见得每一个工科人员都要具备以上所有能力，一个工程科学家具备前三个就足够了。如果还要能做设计，就得往下走，要做工程师就要有前四个能力。如果做产业领袖，就要具备五个能力，特别是要具有协作和领导的能力。 　　“过去认为工科只培养杰出工程人才，这种说法是比较偏颇的。工程科学家、发明家、杰出工程人员和产业领袖都属于新工科。”他说，为了培养新工科人才，复旦智能机器人研究院提出的口号就是“培育发明创造人才，创建发明创造工程”。 　　“如果简单地用一个关键词来代替新工科，就是顶天立地：顶天是从0到1的原创，立地是从1到10、到n，这是一个转化的过程。”甘中学说。从1到10强调核心技术攻关，从10到n是要对接市场，形成创新产品，促进新生业态。 　　新工科背景下，机器人领域在哪些方向可能会有比较重大的突破？他认为，传统的工业机器人实际上是自动化工具，通过控制机器人的运动代替人类机械化重复性的劳动，但现在要真正把机器人做成人，赋予其感知器官，让它能够像人一样处理各种复杂的事物。另一发展方向则是个性化的、即插即用的机器人，如扫地机器人、拖地机器人、炒菜机器人等。 　　人类社会已经历了四次工业革命，中国并不是引领者。在甘中学看来，未来的第五次工业革命或许有两大方向，基于“碳中和”的绿色智能生态革命，以及基于生物科技的人类自我革命。中国能否成为引领者？他表示，期待着新工科建设下，涌现出具有前瞻性的工程科学家、发明家、工程大师和产业领袖。