2024年,上海黄浦世博园区的外滩大会展厅内,一曲《大鱼》悠扬响起,引得人们纷纷转头寻找。只见一位独臂青年在弹奏钢琴,他失去了右臂的一半,却能轻松操控智能仿生手,与左手协调配合,在黑白琴键上舞动,完成精细的动作,展现出令人惊叹的技艺。这位00后青年是智能仿生手的体验者。他两年前被截肢,如今通过智能传感器,可以用意念控制这只仿生手,不仅能弹奏钢琴,甚至可以挑战攀岩等高难度运动。这个结合人工智能和仿生
当前,人工智能技术和应用越来越多地融合了仿生学技术。借鉴自然界的智慧,模仿生物的行为、结构、功能系统等,人工智能和深度学习正迅速发展,呈现出多样丰富的产品形态。 航天领域 智能穿戴外骨骼 在太空的无氧、真空和高辐射环境中,航天员的活动受到极大限制。但一旦穿戴智能外骨骼系统,便能借助新型传感器模仿人体肌肉和神经控制,从而在复杂环境中完成任务,例如卫星维修、空间站建设、月面行走和小行星采样等。
视觉系统:模仿人眼的结构和功能 人类通过两只眼睛的视角获取物体的深度信息,机器人的双目摄像头则可以通过三角测量原理计算出物体的距离和三维形状。一些先进的视觉系统甚至可以像人眼一样自动调节焦距来清晰地捕捉不同距离的物体。 视觉系统的摄像头像素密度和分布模拟人眼视网膜的特性。为了适应不同的光照环境,还会配备类似于人眼瞳孔的自动光圈系统,根据光线的强弱自动调节进光量,保障在强光和弱光环境下都能获得清
更接近大脑的智慧 类脑神经元模型的核心技术在于模拟大脑中神经元的工作方式。大脑中的每个神经元如同信息处理的基本单元,通过神经突触彼此连接,形成一个庞大而复杂的网络。神经元通过接收、处理、传递电信号进行信息交换,使大脑能够感知、学习并作出反应。 各个神经元之间如何“交流” 可以将一个神经元想象成一棵具有特定功能的树。树根(树突)负责接收来自其他神经元的信号,树干(轴突)是传输通道,最终通过树冠
自船舶诞生以来,海运业逐渐成为全球经济活动的重要支柱,目前,超过90%的全球贸易都通过海运完成。海运消耗着大量的能源,近日,科研人员从海洋生物——海豚、鲨鱼等身上汲取灵感,利用仿生减阻材料,实现大型船舶的减阻节能。 减阻节能技术遇瓶颈 在航行过程中,船舶主要受到摩擦阻力、空气阻力、兴波阻力和压差阻力影响。能源主要被用于驱动螺旋桨旋转产生推力,从而克服各种阻力,推进船舶前进。 传统的减阻技
蜘蛛的灵活腿部、蝙蝠的超声波导航系统、猫头鹰的夜视能力……科学家通过深入研究各类生物特性,并将这些神奇的组织应用到机器人上,让机器人也能像生物一样感知环境、灵活运动,甚至完成一些人类难以完成的任务。 流变机器人(左)与其伪足运动形式(右)(供图/李振坤) 将“超能力”用到机器人上 仿生智能机器人,简单来说,就是模仿生物形态、结构和功能的机器人。 在科技飞速发展的今天,仿生智能机器人作为一
航天领域是人类探索浩瀚宇宙和展现科技力量的前沿阵地,也是国家安全和实力的重要组成部分。现代航天器的智能水平正在不断提高,但这些技术无法取代人的直觉、判断和创造性。因此,航天员始终是航天探索中的核心和关键。他们在太空中执行任务时,面临着独特的生理和心理挑战。而这些挑战,正需要我们去不断探索新的解决方案。 生理的考验 失重是载人航天任务中最关键的环境因素之一,会让航天员处于飘浮状态,没办法“脚踏实
神龙摆尾辞甲辰,金鳞舞动迎乙巳。不知不觉中就来到了中国传统农历的新纪元,唯一一个非禽非兽的爬行动物的生肖年——蛇年。 蜿蜒在各处的蛇类 蛇类在亿万年的演化中“丢失”了四肢,身体变长,颌骨分离,这样的构造不仅让它们更好地适应了狭窄的缝隙环境,还可以适应需要攀爬、缠绕的树栖环境和复杂的海洋环境。相较于同等头围的动物,蛇类可以凭一己之力杀死体型较大的猎物,并且直接吞掉,这在动物界十分罕见。 中国幅
“挥别”四肢:爬行大师的演化史 “画蛇添足”“杯弓蛇影”“打草惊蛇”“人心不足蛇吞象”与“牛鬼蛇神”等成语似乎印证了人类对蛇的不喜和畏惧。 蛇类起源于距今约1.2亿年前的早白垩纪,从蜥蜴类爬行动物逐渐演化而来,因此蛇类的祖先曾在白垩纪时期与恐龙共同生存,远早于由部分学者提出的人类21万年前走出非洲的时间。因此,蛇类曾见证并“陪伴”着人类短暂的演化历史。 脊椎动物的演化总体趋势是从水生到陆生,
中国农历龙年即将过去,蛇年即将到来。龙是华夏先民创造的神物,其形象与蛇有着千丝万缕的联系,故人们常称蛇为“小龙”。在中国传统的十二生肖中,蛇以其神秘、智慧、灵性的形象深入人心。在植物王国里,也有一些以蛇命名的植物,它们或形态奇特,或身世传奇,为蛇年增添了神秘与生机。让我们一同探索这些神奇的植物吧! 挂在藤上的“蛇”——蛇瓜 有时,你或许会在一些菜园或农家院的藤架上看到一条条悬垂着、细长如蛇
师法自然 我小的时候,常常会好奇世间万物为什么会如此发展,好奇花为什么会开?河水为什么会流动?贻贝为什么可以攀附在岩石和船底表面?荷叶为什么出淤泥而不染?蚯蚓破土而出,身上却干干净净…… 这些现象吸引着我去探寻生物背后的进化策略,虽然有些问题当时的我得不到答案,但我依然会用自己的方法去理解自然界的奥秘。曾经,我费尽全力抓住一只壁虎,期望能看到它“手指”的特别之处,弄明白为什么它可以上墙,但
如此珍贵的物种 作为在演化中逐渐“丢失”了四肢的动物,蛇是两栖爬行动物中最年轻的一个分支,也是生存的强者。目前,全球约有蛇类4000种,除南北极外,无论是河流、农田、沙漠、高山、森林还是大海都能发现它们的踪迹,它们把身体的缺陷演化成了许多动物都难以媲美的优势。 无足而行的翠青蛇(Cyclophiops major),它颜色鲜艳却无毒 蛇是食物链中的关键一环,它们不仅可以指示环境变化,还能通过
如果将地球比作苹果,会不会有一艘船能啃穿“果皮”吃到“果肉”? 答案是:可以! 2024年11月17日,我国首艘大洋钻探船“梦想”号正式入列。“梦想”号不仅是国际上最先进的大洋钻探船,也是我国首艘完全自主研发设计和建造的超深水钻探装备。它总长179.8米,型宽32.8米,总吨位约33000吨,最大钻深达11000米,有望助力全球科学家实现“打穿地壳,进入地球深部”的科学梦想。 地球内部结构示
许家窑人枕骨化石( 复制品) 距今约12.5 万~ 10.4 万年 我国发现“巨颅人” 2024年,我国与美国研究人员提出许家窑人可能代表了中更新世晚期-晚更新世早期东亚境内生存的一种新的人种谱系——巨颅人。 1976~1979年,许家窑人类化石被发现于山西省和河北省交界处的许家窑遗址。 基于许家窑6号和许昌1号头骨巨大的颅容量,学界将许家窑人和许昌人命名为“巨颅人”。 虽然许家窑人与中
王坚院士 “计算技术帮助我们拓展人类的创造力。” —王坚 中国工程院院士 近日,中国工程院院士王坚发表了题为《无尽的计算:AI和研究范式变革(2024)》的演讲。 在演讲中,王坚提到:“我们现在真正处于第三个范式的时代,我称之为计算科学。它是一种计算密集型、数据驱动和基于模型的协同。这是一个令人兴奋的时代。然后我们回过头来看,我们正处于计算范式的早期阶段。这就是为什么云计算在未来的研究
2.3亿人 据《生成式人工智能应用发展报告(2024)》(以下简称《报告》)显示,截至2024年6月,中国生成式人工智能产品用户达2.3亿人,占整体人口的16.4%。 生成式人工智能(Generative Artificial Intelligence)产品指一类运用先进算法和大规模数据集训练而成的应用软件或服务,能够生成新的原创内容或模拟人类行为反应。文本生成器、图像生成工具等都是典型的生成
“春节”申遗成功 近日,我国申报的“春节——中国人庆祝传统新年的社会实践”被列入联合国教科文组织人类非物质文化遗产代表作名录。至此,我国共有44个项目列入联合国教科文组织非物质文化遗产名录、名册,总数居世界第一。 春节作为我国底蕴最深厚、内涵最深刻的传统节日之一,数千年来,始终是维系个人、社会、国家的情感纽带,传递着辞旧迎新的美好愿望。 春节被列入人类非物质文化遗产代表作名录,彰显了中华
赵忠贤院士 国之荣耀 赵忠贤,中国科学院院士、超导物理学家,曾获国家最高科学技术奖,长期从事超导研究,是中国高温超导研究的领军人、奠基人之一,为高温超导研究在中国扎根并跻身国际前列作出了突出贡献。2024年9月,赵忠贤被授予“人民科学家”国家荣誉称号。 兴趣——成长之路的最佳“导师” 1941年,赵忠贤出生于辽宁省新民市。在小学的某次自然课上,老师做了一个老鼠生理活动与氧气浓度关系的实验,
互联网社交媒体迅猛发展,在科技的加持下,娱乐领域也在不断催生不同类型的新型网络红人(以下简称“网红”)。本期TED演讲邀请萨拉·吉斯托(Sara Giusto)介绍自己管理的新世代网红。 虚拟与现实的模糊地带 一个生活在日本东京的博主伊玛(Imma),会在各种社交网络平台上分享自己的生活。她喜欢跳舞,有个弟弟叫齐恩(Zinn),两人就像任何一对普通姐弟一样会争吵。他们有一只名叫爱因斯坦的小
“轮回”谜团 地球是太阳系中唯一已知具有水圈、大气圈、生命活动且适合人类居住的行星。然而,地球的宜居性并非与生俱来。它是如何从早期的炽热行星演变成如今这个拥有良好圈层结构且生机盎然的宜居星球的?这个问题是地球科学中的一个重大科学课题,也是人类对未知的终极探索之一。 比较宜居和非宜居星球可以发现,地球有两个区别于其他类地行星的重要标志:活跃的内部和长期、持续的大气圈-水圈-固体地球内部圈层相互作
猫的毛色变化多端,堪称哺乳动物中最复杂的现象之一。在看似随机的毛色背后,一套精密且奇妙的基因机制正在起作用。现在,就让我们破解这组隐藏的密码,探寻它们毛色之下的小秘密。 基因与色素 色素细胞是一种广泛存在于动物体内的细胞,可见于皮肤、脑脊膜、脉络膜、瞳孔等多种组织器官,在毛发、虹膜等颜色的形成中扮演着重要的角色。猫的毛色是由皮肤中不同色素细胞的色素蛋白合成产生的,合成过程的不同则缘于它们复杂的
声控技术赋予我们生活更多便利和乐趣,通过简单的声控灯制作,我们不仅感受到科技的魅力,更能激发创新思维,培养动手能力。让我们一同动手,制作一个既实用又充满创意的声控灯,开启创造的乐趣吧! 实验材料 1.1个5秒声控灯模块:自带麦克风、信号处理电路和时间控制功能,是声控灯的“智慧大脑”。 2.1个LED灯:作为发光的“主角”,既节能又明亮。 3.1根2P单头端子线(指有两个插孔,且插孔只分
确山打铁花(确山县隶属河南省驻马店市)是中国民间流传千年的传统文化瑰宝。在全国众多打铁花表演形式中,确山打铁花独具特色,有丰富的文化内涵,2008年被列入第二批国家级非物质文化遗产名录,素有“民间焰火之最,中原文化奇葩”的美誉。 千年传承 岁月见证辉煌 发源于豫晋地区的确山打铁花,伴随着中国古代金属冶炼技术的发展传承下来,最初只是古代先民祭祀天地、神灵的仪式,后逐渐成为民间的娱乐活动,体现
四川舰 2024年12月27日上午,我国迎来了一个历史性的时刻——076两栖攻击舰首舰在上海下水,它被命名为“四川舰”,舷号为“51”。 四川舰属于中国独创的全新舰种,满载排水量达4万余吨,设置了双舰岛式上层建筑和全纵通飞行甲板,创新应用了电磁弹射和电磁阻拦,堪称新质战斗力! 双舰岛 电磁弹射 作为全球首次采用电磁弹射技术的两栖攻击舰,四川舰配备了一套电磁弹射器、拦阻索,不仅可以进行平
在华夏大地的西南一隅,有一处神奇的水利工程,它宛如一颗璀璨的明珠,闪耀着中华民族智慧的光芒。这就是位于四川省成都市的都江堰水利工程,在2000年被列入《世界遗产名录》。 穿越千年的水利奇迹 公元前256年,秦国蜀郡守李冰率众在玉磊山西侧,乘势利导、巧借天工,在岷江之上的都江堰开凿了宝瓶口,用当地的竹、木、卵石等简易材料建造了分水鱼嘴、飞沙堰等设施,巧妙地利用宝瓶口与下游成都之间的地势差,达
北京市朝阳区呼家楼中心小学(以下简称“呼家楼中心小学”)于1962年建校,是一所富有历史底蕴和先进理念的集团化学校。PDC是Project(项目)、Driven(驱动)、Creation(生成)的简写,侧重于以项目为载体,在真实的问题情境中驱动学生的探索欲和兴趣、实践和体验、思维和意识的发展,进而生成经验与技能、素养与情感、态度与价值观。 连接生活 面向实际 从2008年开始,呼家楼中心小
充满年轻活力的心灵怀揣着对未知世界的渴望,若与科学家相遇,又会擦出怎样的火花?2024年12月23日至24日,《知识就是力量》的科学小记者怀着满腹疑问,踏上了向大科学家寻觅答案之旅。 科学小记者采访许健民院士 中国工程院院士、气象专家 许健民 您认为自己在气象研究方面展现了哪些天赋? 我没有什么天赋,我觉得一个人最重要的是要做事认真。看问题既要看总体,也要看个体。看清楚总体就知道什么最重
小精灵空气凤梨(学名:Tillandsiaionantha ) 在繁华都市的一隅,或是宁静家居的一角,若能拥有一方微缩的热带雨林景观,将会是怎样奇妙的体验?打造一个雨林缸,恰似在咫尺之间开启一场微观自然之旅,让热带雨林的神秘与美丽尽收眼底。景观造景就是这样一门综合性艺术,巧妙地融合了美学、生态学和园艺技巧。 造景作品《繁花》 微缩版生态系统 雨林缸是一个微缩的热带雨林生态系统,模拟雨林的气
“发”之组成 皮肤覆盖身体表面,是人体最大的器官。毛发是皮肤上的附属物,一个人全身约有500万根毛发,其中,头发约占10万根。 遥远的古代,当我们的祖先还在草原上奔跑时,头发就已成为他们身体的一部分。历经演化和发展,头发也成为我们皮肤上的小卫士,保护着头皮。 头发大部分由蛋白质组成,占总量的60%~95%。如果将头发比作一根超级强大的绳子,那么蛋白质就是编织这根绳子的线,让头发既有韧性又有弹
生活中,你或许有过这样的经历:刚离开家门,又不放心回去检查门窗是否锁好;看到货架上的东西有些乱,忍不住冲上去按类别摆好;洗手后感觉洗一遍没洗干净,要再洗一次才舒服;在书桌上摆放文具时,要保证每一支笔都与其他笔平行且间距相等,否则就会感到不安……这些行为,很多人都有过,只是程度不同。于是,有人怀疑:“我是不是有强迫症?” 强迫症和强迫现象 人们对于强迫症的印象大多来自影视剧的戏剧性表现,比如美
软体机器人是指多半部件由软体材料(橡胶、凝胶等,受到小的作用力就可产生较大的结构或形态变化)构成,能在狭窄、复杂的空间内活动。想要让机器人变“软”,传统的机械连接方式当然不再适用。 蛇类的鳞片主要由坚硬的角质构成,鳞片与鳞片之间则通过相对柔软的组织连接,具有伸缩性和弹性。这种结构可让鳞片与身体紧密贴合,不仅能让蛇弯折自己的身体、灵活行动,还能帮助它吞下体积较大的猎物。 科研人员从蛇鳞结
在航行中,飞机结冰轻则影响飞行状态、电子传感设备正常运行等,重则可能造成各类事故。 随着海拔增高、气温下降,高空云层中的水汽会凝结成大量的过冷水滴。当飞机穿越这些云层时,过冷水滴频繁与飞机表面接触,会在飞机表面迅速冻结。 化学除冰法(向机身喷洒化学除冰液,只在一定时间内有效) 物理除冰法(通过高压气流、机械装置等去除表面的冰,有破坏机身的可能) 红外除冰法(借助设备发射红外线到
这是祁第一次来到这个地方。 道路两旁屹立着白色的洋房,大字的招牌悬在上头。路上的人却穿着青灰色马褂、艳红的旗袍,就连那尖顶剧院招牌上的女人,也梳着鬟燕尾式的头发,化着厚厚的妆。 一辆车驶过,车轱辘滚过地上一摊水,溅起的水花落在了祁的马褂上。 祁的心情很不好,简直糟糕透了——他是α星联邦派来与这个星球进行文明交谈的外交官。两个月前,α星探测器发现了这个遥远的文明,暂且将其命名为“β”星。双方进
一 “嘭嘭嘭”,李小萌的卧室门被敲得山响,老妈的大嗓门也跟着响起:“小萌,赶快起床!” “老妈,饶了我吧!”小萌困得睁不开眼睛,“今天可是周末。” “马上就要期末考试了,你还睡!隔壁的张莉莉已经起床复习功课了。”老妈不依不饶——张莉莉是班里的学习委员,和他是邻居,老妈经常拿张莉莉和他比较,让李小萌苦恼不已。 在催促中,李小萌磨磨蹭蹭地爬起来穿好衣服,毫无意外又受到了一通批评,老爸也叹着气,
科技,既开辟通往未来的道路,又潜藏着足以毁灭一切的危险。在科幻作品中,超智能机器可能失控,基因改造也许会引发伦理灾难,未来都市催生着人性的堕落和阶层的撕裂……许多科幻作品犹如一面镜子,反射着科技发展的双面性。 1915年,陈独秀在《青年杂志》(后更名《新青年》)创刊号上发表《敬告青年》一文,高举新文化运动大旗,希望用“德先生”(Democracy,即民主)和“赛先生”(Science,即科学)扫
大自然充满了奇迹和奥秘。在漫长的地质时期,无数生物为了生存和繁衍,不断地演化,以适应环境的变化。在这个过程中,许多生物被淘汰了,也有许多成为进化史上的赢家。19世纪,英国生物学家、博物学家达尔文出版《生物起源》一书,系统地阐释了他著名的生物进化论学说,讲述了他有关生物进化奥秘的答案。 今天,我读了高原温泉蛇的故事(详见《知识就是力量》2022年2月刊),更加深刻地理解了生物进化论中“物竞天择,适
在很久很久以后的未来世界,有一个特别的机器人,名叫艾薇。艾薇不仅长得可爱,还特别聪明,“她”有一双特别的翅膀,能自由飞翔在寒冷的极地冰川上。这双翅膀是怎么来的呢?原来,艾薇从蝙蝠那里学到了飞行的本领。 动物界的老师们 蝙蝠是一种能在黑夜中自由飞翔的小动物。它们的视力比较差,但是有一种非常特别的导航方法——“回声定位法”,来帮助它们捕捉猎物。 蝙蝠会发出人类听不到的超声波,这些超声波遇到物体时
吴妍(中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、中国科学技术史学会科技考古专业委员会副秘书长) 你是否对远古生物的生活充满好奇呢?古生物消化系统的“三剑客”——牙结石、胃容物、粪便化石,正缓缓为我们揭开远古时代的神秘面纱。2024年11月9日,中科馆大讲堂邀请到中国科学院古脊椎动物与古人类研究所研究员、中国科学技术史学会科技考古专业委员会副秘书长吴妍老师,带领大家解开远古生物的生命密码。 为什
结合新课标 体验跨学科 教育部印发《义务教育课程方案和课程标准(2022年版)》,提出4个跨学科概念和13个学科核心概念以及倡导读科学家故事,学习科学家精神。 本刊携手权威科学家、一线科研工作者,紧密结合教育部新课标中的核心内容,将本期内容聚焦于数学、物理、生物、地理、历史等多个学科,并结合前沿科技进行深度剖析,引导青少年主动学科学、用科学,将科学理念、科学思维转化为行动。 告别浅薄阅读