4D打印、机器人能耕田做手术…智能制造,开启未来生活

2020-11-26 07:23图文来源: 南京日报

4D打印器官,机器人能耕田会做手术——

智能制造,开启未来生活   

智能制造近年来已成为社会热点。除了智能工厂,智能制造对衣食住行等生活方方面面,已经或即将带来哪些影响? 

在昨天下午举行的2020世界智能制造大会“智能制造开启未来生活论坛”上,学院派顶级专家、知名投资家、创业家等共同研讨这一话题,用深入浅出的方式,讲述智能制造如何贯穿于社会生活各领域。

拖拉机装上传感器,无人驾驶在田间作业

从机器人全天候在温室里巡检,到番茄智能筛选系统,农业生产中的智能制造元素,为高产高效奠定了基础。

“现代农业正从简单的生产,向农产品创造、技术产品创造转型。”中国工程院院士、国家农业信息化工程技术研究中心主任赵春江说,这其中需要很多智能化的装备和技术,这也是农业数字技术革命的一个重要支撑,因此农机装备制造必须走智能制造、精益制造、绿色制造发展之路。

赵春江说,我国是全球第一大农业机械制造和使用国,但相比于国外,我国农机制造还存在整机性能差、智能化低等短板,需要不断推进农机装备智能化,即智能化信息技术在农机装备全产业链的应用,实现精准化作业,提升农产品质量和价值。

疫情期间,赵春江的团队在一块田地里进行了试验。在农机上装上各类传感器,可感知作业工况,通过卫星定位、远程监控等实现无人驾驶拖拉机进行耕地、翻地等田间作业,并精确控制平整度,还能做到遇障碍后智能启停。

“未来的农业生产将形成无人化和网络化覆盖,机器人在田间作业,没有人去操作它。要实现这一步,就要从智能制造这个角度去突破。”赵春江说,将形成一整套农机物联网系统,集成卫星定位、无线通信、图像采集模块,可根据不同作业模型适配研发支持超声波传感器、姿态传感器、位移传感器等,实现一机多用。 

在农机物联网系统加持下,拖拉机可以接受决策方案,还可以发送机载获取的信息,不仅可实时监测农机状态,对故障预警,还可根据土壤墒情、蔬菜生育期、天气情况等因素综合实现智能灌溉决策,通过无线控制器实现电磁阀远程开关,灌溉的同时精确计算启止时间、水量等,从而实现水肥灌溉的智能化管理。 

3D不稀奇,4D能打印器官

“增材制造最大的特点就是用三维设计,设计出一个图形以后,靠材料一点点堆加成一个三维物体。这样的话,它就不受复杂程度的限制。”西安交通大学教授、机械制造系统工程国家重点实验室主任李涤尘说,数字3D制造是制造业未来发展的技术竞争焦点之一。 

作为新技术新产业,3D打印技术涵盖了数学、软件、物理、材料、机械、控制等多个学科,并广泛用于航空、医学、汽车、家居等领域。 

李涤尘举例说,机翼航空发动机的喷油嘴内部结构很复杂,过去是由20多个零件单独加工好再组装到一起,装备精度要求十分高。美国一家公司用3D打印的设计理念,一次打印出来,减重25%的同时增效15%,因此获得了8.5万个零件订单。 

目前,3D打印已成为欧美等国产品开发新工具。“2011年9月,世界上第一辆‘打印汽车’在加拿大亮相,最高时速可达112公里,百公里耗油1.17升。”李涤尘说,美国汽车开发大量应用了3D打印技术。 

此外,通过摄像头获取耳朵的清晰画面,可实现“私人订制”耳机;根据人不同脚底的受力情况、步态等,3D打印个性化鞋垫……3D打印正越来越满足人们的个性化需求。 

李涤尘介绍,3D打印还广泛应用于医疗领域。在骨替代物领域,替19岁的患者设计下颌骨关节,完成中国首例“下颌骨溶解修复”;3D打印陶瓷义齿,优化的支撑结构可满足陶瓷面成型加工要求;医院为患者移植3D打印胸骨,完成大尺寸胸壁重建…… 

李涤尘认为,随着新技术新理念不断涌现,未来将出现4D打印,比3D打印多出一个“D”,也就是时间维度,由固定结构向可变结构转变,并在打印器官、创造新物种、打印新建筑等领域应用。 

未来AI操控机器人直接做手术

数字孪生+知识图谱=智能孪生,目前已应用在智能网联汽车场景。那么,智能孪生能否在人类大健康领域再构建一个新的智能网联呢? 

赛伯乐投资集团创始人兼董事长、中国科技产业化促进会常务副理事长、浙江大学国际创新研究院创始人兼院长朱敏给出了肯定的回答。 

朱敏说,智能制造在大健康领域未来的智能孪生应用,本质上同样是数字化、网络化、智能化的过程,是未来最大的制造+服务业。 

“从产品数字孪生延伸到人的数字孪生。”朱敏说,解剖学方面通过影像建立3D结构,生理学方面根据检查数据构建仿真运行,组学方面根据检查数据分析人体组织器官的功能和代谢状态,通过各种传感器构建人的数字孪生,24小时实时跟踪人的各项身体健康信息。 

未来,大健康的数字孪生将改变我们的看病模式,从过去手写病历本、查询历史复杂,到现在系统病历查看、相对有系统可跟踪,进一步升级到未来可全过程终身服务、可跟踪,并实现实时人工智能+专家远程诊疗。 

在AI辅助诊疗下,MAI数据与CT数据叠加在AR眼镜中,在实际手术之前将特定的患者解剖结构覆盖在患者身体上,无需开刀就能看到骨骼、肌肉和内部器官,可用于教学培训、物理治疗、腹腔镜手术和手术规划等。 

朱敏展望说,AI辅助诊疗+人机协作发展到4.0阶段,肺科医生可通过AR、VR头盔,远程遥控机器人进行手术,在5.0阶段则将实现人工智能操控的机器人为人直接做手术。 

南报融媒体记者 徐宁

通讯员 王妍妍

作者:徐宁 责任编辑:董梦颖

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