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“改变世界的新兴科技”主题论坛Ⅱ文字实录
文档来源: 高交会新闻中心  发布时间:2019-11-14

  时间:2019年11月14日13:30-17:30

  地点:深圳会展中心簕杜鹃厅

  实录内容:

  王海东:欢迎大家回到2019年中国高新技术论坛“改变世界的新兴科技”下午场,我是深圳卫视主持人王海东。今天下午我们将围绕生命科学、5G和飞向太空这三大话题展开讨论。

  首先进入第一个主题演讲环节“生命科学的全新时代”。生命科学是我们这个时代最受关注的话题之一,今天将会有六位嘉宾就此分享他们的观点。第一位演讲嘉宾是1991年诺贝尔生理学或医学奖获得者、德国生物物理学家厄温·内尔先生,他的演讲题目是“突触可塑性在正常及疾病相关脑内处理中的作用”,掌声有请。

  厄温·内尔:今天非常高兴来到这里和大家分享一下我的看法,今天下午跟大家谈一谈突触的可塑性。大家应该都知道突触的可塑性,它是一个非常基本的特性,它是大脑信息处理的基本特征,神经科学家一般会使用可塑性去描述这样的现象,突触强度会不断改变,尤其是你给它重复的刺激,这取决于突触的特性。我们知道这样的话它跟计算机非常不一样,计算机是相互发送信息来运作,但是人的大脑是用突触,所以突触这样的可塑性就体现出了中枢神经系统的复杂性,这种可塑性的时间间隔有的可能很快,有的可能是几年。我们的大脑突触并不是在出生的时候就已经连接了,所以它是通过我们不断学习才连接起来的,这就是以经验为基础的学习,它也会对大脑的损伤作出应对。今天我主要是跟大家讲突触对于注意力以及动机的调整。在双脉冲异化当中是10-100毫秒,也会有不同形式的可塑性,它们的时间非常不一样。也有一些是长期的突触可塑性的改变,有的是几分钟,有的可能是几年,这也是我们学习的机理。

  跟大家举几个例子,一个是短期的可塑性(STP),短期的可塑性是突触的异化,有的时候突触也会作出不同的应对,它对于重复性的刺激会有可塑性的改变。我们发现第一个图片是比较小的改变,但是在下面这个图上看到的是相反的结果,也就是在小脑当中给它重复刺激之后,我们发现攀缘纤维进行了比较大的反应,这就是造成人类抑郁的前提。这个突触可塑性使我们发现有时候给它几秒钟的刺激结果会更强烈,可能会比长时间的刺激结果更加强烈。

  再跟大家谈一下神经调节,大家知道神经递质有这样的系统,这些神经递质会扩散到大脑不同的位置,但是并不会让突触发生非常大的改变或强烈的信号,但是它们会调节其他的神经末梢对神经递质的释放,这样对调节大脑的状态也会给激励机制或人的动机带来很多的信号。有很多药物会影响大脑的信号,这样就会把精细的平衡系统打乱,就会造成抑郁的现象,这是神经调节背后的机制。这是剑桥大学做的研究,这是分子层面的,包括神经末梢的兴奋性,还有神经递质的受体相应的特性,我们对于突触神经递质释放前的机制可能了解得非常少,这也是我在实验室过去几年研究的话题,我们想要找到一个更好的方式去了解突触释放前里面神经调节的机制,以及跟长期的可塑性之间的关系。

  我们发现调节性的信号通路非常复杂,里面包括了好几种我们所知道的受体,它们会通过几个机制的中心来发挥它们的影响。有的时候也会通过异质渠道来发挥作用,这就是非常强的调节系统。因为这个高度的调节性是钙离子高浓度通道所引起的,现在有越来越多其他的通路,在这里面能够有一个第二层级信号的生成,在信号释放通路里面,能够让我们在第13个自然月的观察里面发现一个非常重要的主控因子,这个主控因子能够帮助我们突触得到释放。另外,在文献检索里面,我们也可以描述个机制,这个机制能够非常强烈地影响里面不同的机制,包括突触小泡,在研究里面的精髓,我们看到这里面的主控的过程和释放的过程,能够更好地影响神经系统的调节,包括左边这个突触调节。当然这里面还有两个不同的主控过程,第一个叫主要的突触点,第二个叫超级主控点,而这两个有不同的浓度和敏感度,开始的释放会有其他的影响。这里面是在神经科学2006年出版的论文里面描述的,在这13个自然月里面发现了有其他的突触释放,能够看到这里面出现了一个通路的短时增强。其他的证据也显示了这个过程包括了无论是我们讲到的生理模拟,还有在里面看到的钙离子,以及其他我们讲到的短时增强的影响。根据刚才讲到的衡量参数,这能让我们更精准地衡量突触的回应,并且在突触的回应级别里面进行分级管理,这就是我们刚才讲到的反馈通路。而这在生理上可以进行模拟,就是当它们在承担类似任务的时候,当你在衡量这些回应的时候,你可以看到它们回应的层级有非常大的差异,要么是抑制,要么是激活,所以有一个压力,有一个刺激的作用。为什么会有不同的回应呢?我们模拟了神经调控,我们要在里面再现是非常简单的,通过进行2-5倍的增强,并且能够增加其中我们看到的神经节点的调节,能够在这里面调节之后出现非常强烈的抑制。

  这里面有一些非常特定的表征,其中一个表征是里面调控器的影响。当然有人会关注,首先有2-3种回应可能出现在这个模拟当中,可以看到里面有不同的响应。如果在三次刺激之后会有类似的回应,每一次回应会有不同的表征。这已经能够得到我们刚才讲到的超级主控启动的囊泡来进行解释,在囊泡释放之后99%都能够得到调控,而其他的囊泡可能属于一个没有那么完美的状态,就是说没有那么完美理想的真空状态。非常明显的一个表征就是我们可以看到如果囊泡的数量相似,在里面的主控启动的囊泡跟其他的囊泡不一样,尤其是受到了神经调控的影响。

  接下来我们可以看一下强植后的增强,在这里面展示的是刚才讲到的神经的可塑性,强植后增强是我们讲到的主控启动因素释放之后的一个特定增量,你能够看到在左边通过缓慢的刺激可以帮助我们去衡量一些特定的信号通路,但是在几秒的高频刺激之后,我们可以看到这个响应增强了,而里面强植后的增强出现了下降,并且下降是量级化幅度非常大,也可以随着时间的不同而出现明显的变化。为什么这里面的增强在我们的研究当中会不断下降呢?刚才讲到启动的囊泡能够得到完全的强植化的处理,它们能够回应这种刺激的时候会有不同层级的彰显。在强植后的增量我们进行了分析,包括通过PTP处理,它改变了短时间的STP,并且能够增加这些特定囊泡的群组或数量。所以我们可以了解这个LTP会怎样受到影响,如果在不同的PTP阶段里面,它能不能够受到影响呢?在短时增强的突触里面的可变性,由于不同层级主控的启动,它可能也是由于神经调控的结果,所有这些特征都能够由两个假定前提的突触囊泡群来进行处理、进行对比的研究。其中一组是超级主控,另外一个是正常的启动,所以它们的脉冲和刺激时间都不一样。所以我们就能够设计一个机制来看待不同的对于突触短时增强的处理之后的韩国。我们在研究当中也需要去处理当中的要点,包括神经调节里面的谷氨酸性的突触,我们进行了两组突触群组的研究。这里面要基于一些假定的前提,我们讲到了不同的神经可塑性的探别和分类,这是未来的研究导向。我非常高兴看到我们在深圳的研究所也基于在过去几年的研究成果,还有对于未来的预判也有一些研究成果的生成,基于对于神经可塑性的影响,以及对于学习记忆、人脑记忆的可借鉴影响,能够让我们更好地探讨出一些新的有效的神经调节机制,并且能够在调节的过程当中实现最终的目标,达到一些疗法上的创新和突破。我们研究所的研究包括以下研究员,他们都是年轻有为,也有一些年轻新鲜的血液加入我们这个研究团队,他们都是来自著名的神经研究所。我刚才给大家介绍的研究成果是基于我在德国的研究团队的研究,这是我需要致谢的研究组的同事,谢谢。

  王海东:谢谢厄温·内尔先生,接下来要请出的演讲嘉宾是中国科学院院士、中国院上海生命科学研究院研究员、中科院上海分院副院长张旭先生,他的演讲题目是“神经元种类和神经环路”,掌声有请。

  张旭:谢谢组委会的邀请,我今天讲一讲我研究的老本行,感觉神经元的种类,神经环路跟疼痛的关系,另一个方向是讲慢性疼痛,慢性疼痛是另外一个故事,刚才厄温·内尔教授也讲了,这是非常大的一个领域,无论在基础研究,还是在临床治疗上。

  大脑神经元的种类是神经科学家一直追求知道的,它们是怎么连接起来的。我的工作主要是集中在被动型神经元,在脊柱两边,通过神经通路传到大脑。在过去很多研究中我们知道疼痛以及触觉,机械性感受不断传到大脑皮层躯体感觉区,同时也会到达另外一个区域,到达影响我们情绪的区域。这样的连接使我们在感受到疼痛的时候还会影响我们的情绪,60%的慢性疼痛的病人会造成抑郁症。但无论如何,在大脑中进行这么多的信息处理,最终还是要在接受很准确的外轴刺激转变成冲动,通过神经环路,这是一个很精准的对外界刺激受分子感受以后受体,通过脊髓这个很精准的神经环路,到达大脑的时候是一个神经网络,跟我们的视觉、听觉等其他神经网络形成一个整体,使我们对外界世界有一个整体的感觉和快速的反应。在信息处理阶段和认知过程中,大脑就像计算机系统一样,对过去存储的信息进行比对,然后会在运动系统快速反应,使我们能够产生逃避,某种伤害性刺激,或者把这种经验或感受有提升到更高的层面进行储存和分析来积累我们的经验和情感上的影响。

  神经科学家对于大脑怎么连接起来的,整个详细的连接图谱是不知道的。但核心内容,虽然可以在PPT上看到展示的很多不同种类的神经元,有各种不同的形态,都是通过突触这个结构连接起信息传导系统。在将近1000亿的复杂神经元系统里面,在传统的教科书里面我们知道有3-4种神经元,都有自己的分析标志物,我们在做研究的时候可以用染色的方法来标记特定神经元,我们把新的知识装填到系统的框架中间。外周的感受器有痛觉、痒觉等感受器,比如在感受到热的时候,在特定的温度区域里面有传导温度的信息,也在一定程度上参与到疼痛,比如我们吃的辣椒素等化学感受。这样的系统使我们不仅仅是能够感受这些通路里面的化学离子变化,同时也是分子激素向上传导特定信息的原理。在机械性感受器上,我们也知道了很多参与机械性信息传导的分子,特别是在低阈值的机械性刺激,我们在毛发上的机械性触觉都可以感受到。

  中国科学院在2012年启动的脑功能图谱计划,它的目标是在检测特定脑功能神经连接通路和网络结构的解析以及模拟上进行基础研究和核心技术的研发。在这里面,首先我们要找到它的生物标志物,能够标记神经元到底有多少种,然后通过跨突触的神经追踪剂及标注神经元分布的情况。这是2011年、2012年非常有雄心的研究计划,当时也正好碰到这个时代,单细胞技术,其中最核心的就是RNA次序技术,我们正好赶上了第一波SMART技术,虽然通量比较小,但是检测的基因数是比较多的。我们在过程中,这么小的一个神经元,平均有1万种不同的基因在里面,不同种类之间的差别在5倍以上的大概将近2000种。我们可以通过统计的方法分群,用其他的方法结合起来,可以发现在每一种群类中的显著性基因都能够找出来,蓝色的是我们当时找出来的有代表性的标志物基因。这时候就把各个亚群之间全部能分出来。我们在这个基础上,可以一对一地把神经元的功能大概地画出来。在这种基础上我们能把神经元分成10种类型,以及14种亚型,以及大类的功能都能够检测出来。

  在技术不断进步的情况下,相对于SMART技术,它的通量要大得多,一下子能检测很多的细胞。它的通量和精准度怎么样呢?在通量大的同时精准度还是可以的。基本上可以下的几轮,我们前面对细胞的分类,无论是神经元的类型和亚型上是合理的。在这种基础上我们就可以用模式生物的方法,进一步结合病毒感染及其速度追踪的方法来看。无论是在DNA、RNA水平,在单细胞水平进行测序,而且现在拓展到蛋白质和代谢组的水平进行系统分析和对神经元分类更多的信息。技术本身也在不断拓展,在空间定位上也进行了新的拓展。从早期的组织化学染色切片看标志物的分布,现在新的方法也在不断出现。

  在过去这么多年来,在神经元种类和连接到底有多少种,基于它的功能,从这个角度出发,从细胞种类、病理学变化,在小微世界中基因网络及其功能,以及进一步的生物信息学分析,以及cell types整个大脑中的分析,对未来解析大脑很重要的方向。谢谢大家的聆听。

  王海东:谢谢张旭先生,接下来要请出的演讲嘉宾是中国科学院院士、中国科学院神经科学研究所研究员,中国科学院大学生命科学学院荣誉讲座教授郭爱克先生,他的演讲题目是“探索自然智慧本质,照亮类脑智能之路”,掌声有请。

  郭爱克:大家下午好,非常荣幸在这里作演讲。我演讲的题目是“探索自然智慧本质,照亮类脑智能之路”。

  我们知道人类大脑是集智慧之大成,集大成之智慧,我们可以上九天揽月,可以下五洋卓鳖,世上无难事,只要肯登攀,全靠我们的大脑。人脑有1000亿的神经元细胞,有1万亿的神经胶质细胞,10倍于整个银河系,有100万亿的突触连接,人脑神经纤维总长度18文公里,绕地球4周。在这么复杂的系统面前,前辈科学家对复杂系统做了深入研究,我这里列举了诸位的大家,这都是面对复杂系统的各位科学家们提出的复杂系统的理论和实践。

  著名的人工智能专家Minsky,他把思维描绘成为由本身不具备思维的微小部分组成的社会,它叫做心智的社会,他说所谓思维并不是直接来源于几个像波函数那样规整漂亮的基本原理,精神活动也不是一类可以用几个逻辑合理的运算就能描述的简单现象。相信脑的功能是成千上万个具有不同专门技能的子系统协作的结果,是上百万年进化中缠绕组合的结果。

  我们都知道大自然中有涌现现象,就是简单中孕育着复杂,这个最有趣的例子就是蚂蚁,蚂蚁虽然个体是非常简单的,但是蚂蚁构成一个社会之后就非常复杂,这就是一种涌现现象,非现象系统中可以涌现出复杂行为。

  我刚才勾画的都是前辈的研究,用莎士比亚的话讲“凡是过去,皆为序章”,作为我们今天研究的序章。我现在把这些年来关于脑研究的主要进展,用我的理解概括了这几个方面:人脑是最复杂开放远离平衡的自组织自适应动力学系统,人脑不是被超自然智慧设计的,它是演化和选择的奇迹,物质变精神,精神变物质,精神是脑与行为交互的结果,大脑的网络组合结构是跨物种的、跨尺度的等等。我归纳了大约14条,我下面会就这每一条给大家举一两个例子来说明这样的问题。

  一是演化+选择创造了生命世界的多样性。比如人的大脑和黑猩猩比较起来,人类大脑是1400立方厘米体积,黑猩猩只有400立方厘米,这就是人脑与黑猩猩脑子的对比。达尔文是一位伟大的科学家,他最深刻地理解了演化和选择。我们相信演化和选择适用于所有生命系统和智能系统的各个层次。在生命起源过程中,有一个寒武纪生命大爆发年代,距离现在是5.42亿年-4.88亿年,是现代生物的开始阶段,是地球上现代生命的起源。这个大爆发涌现了地球生命的五彩斑斓的生命现象,各种动物物种、各种植物生命现象。用达尔文的话说,这个简约的美好,无限复杂的系统曾经和正在演化着。我们脑科学家研究脑可以研究各种模式队伍,比如说果蝇、线虫、斑马鱼、小鼠,甚至研究体细胞克隆猴,还可以直接研究人类自身。

  大脑是非常复杂的,研究简单系统有什么用呢?其实大脑的网络组织的一般原理可能不变地出现在解剖空间各个尺度和不同的物种中间,比如可能出现在灵长类比如猫和猴,也可能出现在简单的物种线虫,但是它的脑结构和灵长类动物脑结构是没有什么不同的。线虫神经联接组的富人俱乐部是高度网络枢纽中心的精英集团,它们在拓扑上相互连接,效率很高。这是人类大脑中复杂的网络结构,像人类大脑这种网络结构,它可以产生流体智力。大家可能会发现有些人的智力像流体一样的,记忆力非常好,解决问题非常快,这都归功于他大脑内这样的结构构成的,所以这也是我们大脑工作的基本环路导致的智力。所以人类大脑的工作就好像是一个庞大的交响乐团在演奏交响乐那样的情况,心灵的音乐网络是我们认知能力的基础。

  二是两难抉择的脑机制。我们人类每天都遇到抉择,因为抉择本身就是生活,就是一个过程。但是我们可以研究简单的动物,比如果蝇的抉择,我们发现果蝇的抉择曲线,灵长类动物的抉择也是这样的曲线。

  三是跨物种的模式分割的去相关性原理。这两张图是不一样的,左右两个盒子里的小鼠不一样,这是基本的神经元运算。这个运算原理不仅在人类小脑负责运动的器官,也在果蝇的某某体负责记忆,说明跨物种具有神经环路原理的不变性。这个很重要,如果你想研究类脑智能,你要研究这个不变性原理。一个是高度发散的投射,稀疏的突触连接,广泛的反馈抑制。这样的原则有什么用?我给大家举一个例子,美国三位科学家就把这个原则用到了哈希算法的加密算法,他们把果蝇嗅觉气味的分辨方式形式化了,改进了现在经典的哈希算法,提高效率30%-50%,我们生命系统当中的很多现象和原理,我们不知道卢山真面目,但是明白人知道这是可以运用的原理,这就是交叉科学。

  四是大脑内有祖母细胞吗?其实没有,大脑当中的细胞是以集群的方式对应外部世界表达的,它没有什么祖母细胞,它用集群细胞来表达。

  五是比如说这几年关于面孔识别的研究进展非常大,大家可以看到这个脸谱,发现在灵长类当中用205个不同的神经元就可以编码50种特征,就可以编码一个人的脸。

  六是物质和精神的关系,精神来自于行为控制,精神进化的物质就是大脑。头脑使行为更加成功。如果在大脑研究中我们想了解大脑是如何工作的,我们必须理解物质和精神的关系。最后我想跟大家讲一个我们理解的脑神经运算的问题,就是物质精神的关系如何描述的过程。我今天就讲到这,谢谢大家。

  王海东:谢谢郭爱克先生,接下来要请出的演讲嘉宾是华大集团首席执行官、执行董事、深圳华大生命科学研究院院长徐讯先生,掌声有请。

  徐讯:谢谢大家来参加今天下午的主题论坛,前面几位讲了非常重要的生物学里面的问题,就是一直以来我们都在问这个问题,认知,人为什么能形成这样的高等智力,认知是如何起源的。在生命科学领域,我认为有三个重要的终极问题,第一个是认知的起源,第二个是生命的起源,第三个是为什么会有生老病死。在生命科学的终极问题探索过程中同时带来的好处是我们对自身,对于疾病,对于生老病死认知更深刻,也就意味着我们更能够控制自己的健康。而我今天要跟大家分享的是在生命科学到今天以实验为基础的逐渐产生了大量的数据,刚才张老师就讲了大量单细胞研究产生的数据对神经系统和脑的认知带来新的认知。在生命大数据一方面带来的是对生命科学新的认知,同时在大健康领域也产生了深刻的影响。

  大家知道人最早开始是从受精卵开始的,从父亲来的只有一个精子,精子里面主要的成分就是DNA,而母亲是卵细胞,卵细胞里面最重要的也是基因。每个人都是从单细胞开始的,单细胞里面最重要的物质就是基因。可以说基因是生命最起始的,基因是生命的源代码,而对于这样的源代码的认知会影响到我们对很多生命本质的认识。我们和其他生物的区别,人和人的区别,人和猩猩的区别,人和斑马鱼的区别,其实就是控制生命的基本信息,就是基因编码程序不一样而已,甚至这样的区别可以很小,比如人和猩猩的区别是小于1%的,而人和人的区别往往只有千分之一,但是这千分之一就带来了周围每个人都是不一样的,都是有自己特点的。而正是这样的一两个字符的差别就带来了生老病死,带来了癌症,带来了罕见病。

  在生命科学里面有一个重要的法则,这是贯穿始终的,就是中心法则,中心法则最重要的是决定了方向,决定了因果的方向。我们做很多大数据的研究,大数据的研究有一个特点,得到的是关联关系,但是在生命科学里面因为有了中心法则,这样的关联关系就可以转化成因果关系。所以最终的就是DNA,中间产生了一系列的变化,最终导致的结果就是生老病死。认知对生命科学起了非常重要的作用,中心法则是内因,外因还包括了环境,而这样的中心法则举行了所有的生命现象都是要和DNA密切相关,一生当中70%以上的疾病都或多或少和基因关系是密切的。

  也正是因为这样,在一生当中,生命的信息是在不断动态变化中的,包括基因本身受外界环境的影响会发生突变,基因在过程中受到环境的影响会发生调控上的变化,会有蛋白质层面、小分子层面、组织层面、整体的变化,人这一生的数据可能比城市的交通大数据还要大。所以真正的大数据最终还是来自于人生命本身的大数据,如果把一个人一生的数据全都集中到一起的话可能会超过100PB。

  为了解码人的基因组,在20年前中国科学家参与进去了做人类基因组计划,人类基因组计划可以说是人类历史上的伟大创举之一,正是因为这样的计划所以才带来了我们对自身的基因更了解,才带来了生命科技往产业方向迅速转化。但是做第一个人类基因组花了30亿美金,耗时超过13年,但是对美国而言带来了超过8000亿美金的产业机会。但如果做人类大数据的话成本无法控制。正是因为生命科学,尤其是基因科技这几年的迅速发展,从第一个人类基因组30亿美金,到今天可能只要一两千元人民币就可以做完。整个行业在过去十年发生了翻天覆地的变化,最大的变化就是从原有的科研转化成了临床人人可及的基因组测序技术。同时这样带来的数据,结合IT产业数据处理能力、传输能力的发展,所以BT和IT正是因为在这样的产业和技术发展融合过程中带来了整个行业颠覆性的发展。我们认为现在生命大数据,包括基因、影像在内,结合互联网大数据的技术,可能会使得IT和BT融合产生一系列重大的来自于产业的发展。

  在我做测序仪之前,所有的测序仪都是完全依赖进口的,当时我们就意识到如果这样的话是会受到重大影响的,所以我们坚持做自主可控的技术,这也是我们深圳的骄傲,我们有自主可控的国产测序仪,而且已经在临床领域大量使用的测序仪。原来很多人提出的疑问,我们测一个基因组可能只要几千块钱,但是分析一个基因组也需要几千块钱。这个问题最近随着技术的发展,整个生命测序分析的成本也在迅速下降,包括谷歌在内共同参与进去,不仅使它的准确率大幅提高,而且使得处理能力和成本有了快速发展。

  正是因为这样的环境变化,测序成本越来越低,分析成本也越来越可及,所以才出现了这样的变化,国家力量开始进入这个行业,使得这个行业带来快速的爆发式增长。比如英国在去年宣布要做500万人的基因组计划,而且目前已经在快速进行当中。美国在奥巴马政府时期就提出精准医学的计划,到了去年美国政府进一步推动了“All of us”计划。欧盟今年刚刚宣布要成为第一个完成百万基因组计划的区域。大数据的产出和百万基因组之争,这背后的原因到底是什么为要做生命大数据,生命大数据到底带来了什么?

  举一个目前在基因组领域最常用的应用,就是做液体活检,就是从外周血里面取游离DNA,通过游离DNA的检测看到底有哪方面的疾病。一个最简单的应用就是胎儿的情况,胎儿是在母亲正常DNA里面特殊的一部分,如果能抓取这部分信息,是不是能对胎儿的健康进行诊断。另外是癌症,癌症也是区别于自体基因的。癌症和胎儿的筛查是目前做基因组立竿见影马上能应用的地方。举个具体的案例,今年深圳10月份有一场特殊的音乐会,这场特殊的音乐会有几个很特殊的音乐家,其中有一位大家很熟悉周周,曾经在人民大会堂指挥过交响乐,因为唐娃娃年龄大了以后,各种并发症不断出来,大家知道他们很特殊,但是他们的生活确实也很窘迫。另外一个是华大的员工,这个员工也不幸是唐娃娃,但是她自己特别喜欢打击乐。这些小孩,这些家庭本不应接受这样的折磨,即使是像这样明星式的,依然在生活上和未来的生存上存在困难。而这样的遗传病,的出生缺陷在中国的频率是非常高的,中国是出生缺陷非常高的地区,中国的出生缺陷是5.6%,而世界的平均水平只有中国的一半,每年政府在这上面的医疗支出是非常巨大的社会负担。而这样的疾病,深圳在过去五年的实践经验证明,这样的疾病是可以控制的。比如这是深圳市卫健委今年年初公布的数据,按照今天深圳市孕妇的结构组成,因为唐氏儿和孕妇的年龄是有很大关系的,今年出生的唐娃娃是在两三百例左右的范围,但是去年深圳只有19例唐娃娃出生,而这19例很多是生产在深圳,但是产筛并没有在深圳做,实际上到了这个水平,深圳可以宣布唐氏已经从深圳消失了。能做到这一点,就是因为深圳市在过去五年一直在普及从一管血里面查胎儿的健康状况,目前已经能够做到T21号染色体,一共三条染色体先天畸形的筛查。不仅仅是唐娃娃,更多的遗传疾病,目前已经能够筛查的遗传疾病大概有3000种,可以通过新生儿的基因筛查进行控制的。

  另外一个案例是肿瘤,我们华大基因研究院出去的一个公司做的临床试验,有一个病人目前已经活了600多天,大家可以从他肺部原始病灶和骨转移可以看到,病人的发病状况得到了控制,生存时间超过了600天,这也是基因测序的结果,我们测序发现它的突变,通过突变可以知道哪些在细胞表面表达是可以通过识别的,我们通过改造细胞免疫的方式进行控制。正是通过这样技术的发展,在健康中国行动计划里面把控制肿瘤的五年生存率提高到世界先进的水平,而中国目前五年生存率是远远低于这个水平的,无非就是基因的字符错误、拷贝错误、串行代码,程序作为,最后导致癌症,癌症是很长期的过程,它可以在早期的时候就发现,越早发现就越容易控制,越早发现五年生存率就会越高,这是能够解决的问题。

  前面讲的案例是用了新的技术,新生抗原技术(Neo-T),从目前的有效率来看,我们一共治了8位,其中5位都有非常明显的治疗效果,我们认为这样的技术,以及更多新出现的基于肿瘤基因组大数据,未来预防癌症就像预防常见病一样。从读基因到未来写基因,未来会带来整个行业的巨大变化,其中一个就是基于基因编辑,进行疾病治愈,这是完全可以做到的。地中海贫血症目前已经有上市的药物可以治疗。另外是合成生物学,可以为未来重新定义程序,为未来的绿色生物智造提供物质基础。

  正是因为组学的大数据,这样的时代很可能会带来我们对疾病重新的定义,未来对于疾病管理和疾病预测预防,最终能够改变整个大健康整体的格局。这是我今天演讲的内容,谢谢大家。

  王海东:谢谢徐讯先生,接下来的演讲嘉宾是碳云智能联合创始人兼首席信息官黎浩先生,他的演讲题目是“数字生命的计算引擎”,掌声有请。

  黎浩:在1944年薛定谔写了一本书《生命是什么》,他想探讨一个问题,一个生命有机体的范围内在空间和时间中发生的事件,如何用物理学和化学来解释。他说当时的物理学和化学在解释这件事情显出的无能,绝不应该成为怀疑它们原则上可以用这些学科来诠释的理由。刚才徐院长讲到的中心法则可能就是一个有趣的可能去解释生命科学的法则。物理学家希望用这种方式来解释,但当时还没有更好的技术来解释这个事情。1999年霍金在接受采访的时候,有记者问他21世纪说是生物学的世纪,他打断记者说,我相信,21世纪将是复杂性科学的世纪。复杂性科学恰恰在21世纪是BT和IT融合的过程。

  生命是一个复杂的系统,刚才郭院士讲蚂蚁在自组织的过程中会产生很多自发而具有社会性的属性,我们自身的免疫体系也是这样的。我们看到这样自组织的过程是涌现的表现方式。对于所有动物来讲,它的代谢率和体重是非线性的表达,比如美国科学家做的一个实验,用一个大象来做麻醉剂的实验,用了猫的体重的1000倍来做大象的麻醉剂,结果大象当时被麻翻了,当场死亡。这代表什么呢?在代谢率和体重之间不是线性相关的关系,乘1000倍、乘10000倍就可以算出大象能受麻醉剂的剂量。大家说这只是实验,跟我没有关系。你想想小孩子吃药也有可能是这样的,这个问题就比较严重了,你明显看到在吃的感冒药上标的是多大的体重,而且是线性对照的,这个问题就大了。这种非线性对照是科学领域新的对于生命体的研究。第三个方向,大家看到我们的DNA、RNA在中心法则上演变,有一个更重要的现象是我们和细菌在共生,我们的肠道微生物、皮肤微生物里面有大量的微生物,这些微生物有可能是主宰你的第二基因组。同时我们这样一个生命的复杂系统,按照薛定谔的讲法,我们是对抗熵增的过程,用熵减对抗熵增。所以生命是自适应、非线性、共生、开放的复杂系统,这么复杂的系统我们如何来计算呢?

  我们在计算科学的发展给我们打开了一个新的通路,这里面有两个关键词,一个是信息,一个是进化。我们现在的认知是信息的不断累积一定会产生进化,进化有可能是以数学的方式不断在信息累积架构下产生的结果。比如我们从父代基于DNA的表型,其实就是基于选择和环境的自动选择,这个选择是什么逻辑呢?就是我们今天讲的计算的引擎,它是非随机、选择性、迭代概率计算。举个例子,对于一个种群来讲如果完成了繁殖就完成了迭代,应该尽快挂掉,让出更多的资源给下一代繁殖和生长才是更好的选择。但我们人类如果只是完成繁殖,完成抚育后代,我们在几十岁就应该挂掉了,但我们希望活得更好、根健康、更长寿。在活的过程中我们就应该采取对抗的策略,这个策略是什么呢?可能是科技进步的发现,有可能帮助我们延缓衰老,延长寿命,提高生命的质量。

  我们在长的时间周来看,过去200面,从1800年到1900年的100年里面,人的寿命平均是30岁左右。你如果生活在那个时代,最主要的死亡原因是饥饿、战争和细菌,那时候最重要的发现是我们要获取更多的食物来满足自己的代谢需求。第二个阶段1900年到2000年阶段,卫生条件和传染疾病可能是最大的死亡原因,但得益于抗生素的发明和显微镜的功劳,我们可以用实验科学的方法预先抗生素,让更多的人免于传染疾病。下一个一百年,我们现在面对的一百年,最重要的是慢性病和癌症成为最主要的疾病,现在20%的中年人都有可能死于心血管疾病,未来面临大量的疾病都是慢形疾病和基因突变的癌变。这个过程里面,未来可能从数据科学里、从算法里得出新的结论。这后面还写了城市化率,在这个过程里面,即便是今天生活在农村里的人也可能比200年前生活在城市里的人获得的知识资源更多。所以在个系统化的过程里面,城市化的提高,对抗出生率的变化,卫生条件,科学的进步,未来可能依据算法算出来更多的知识条件,有可能提升我们生命的质量,和提高生命的长度。

  什么是健康呢?大家看到这一页,这个世纪已经活到了70岁,下一个世纪有可能活过100岁。这个健康在BT和IT的加持下我们能做什么呢?我们希望的寿命周期是这样的过程,如果我们的寿命能延续到100岁,而且活得更健康,在100岁挂掉是最好的选择。这长度有了之后,我们的宽度是什么呢?在这个节点有可能是转折点,40岁的时候就是我从IT行业到BT行业的过程,在40岁的时候我开始跑步,开始控制饮食,开始调节情绪,开始管理睡眠,我期待我的曲线是绿色的曲线,我参考的依据是我在方框里画的那些测序、检验、检测,通过其他的工具得出的数据来指导我的健康。DNA可能只占15%的因素,其他的都可能是你的选择。所以我的结论是健康是你的选择,是你自我觉醒、自我认知和自我管理的过程。在这个过程里,长期性记录一定会比一次性检测更重要,一段时间的监测一定比一次性诊断更重要,预防一定比治疗更重要,在自我管理的过程中,你还是一个健康人的时候应该更多注重饮食、睡眠、运动和情绪。我们在上面说的复杂系统引擎前提下,我们可以寻找到个性化、适应性、健康生活方式训练养成计划,我们可以依据这些数据找到每个人的适应。这就是数字生命计算引擎下我们采取的对抗策略。

  薛定谔是想找到生命科学里面的牛顿第一定律、第二定律,或者是爱因斯坦相对论,我们希望能寻找的东西就是在这个复杂系统下能否找到简单的规则,我们当下的启蒙,我们的改变可能是要看轻自己的选择,如果前面是悬崖,我们就应该选择规避,但是你如果知道前面是悬崖,你需要数据,你需要对数据的理解和认知才能判断,所以看清自己的选择是第一步。未来的进化逻辑是我们要依靠数据、信息、算法和算力,在BT和IT,特别是在IT科学促进的生命科学的演进,有可能解决我们的生命健康,解决衰老,解决寿命问题。最终还是要对抗性的策略,对于物种来讲尽快挂掉是对资源最大的贡献,但如果我们想更好地保持自己的生命质量,你应该改变认知,加强训练,养成和重塑你新的习惯。我们希望把数据管理的权利还给每一个人,你读懂自己的数据,成为自己数据的专家,在和专家系统的交互过程中可以找到适合自己的方向。

  碳云智能做什么呢?地球上所有的生命都是以碳元素为基础的,它被数字化的过程就是我们现在看到的数据延展的过程。我们要把所有的数据连接起来网络化,才能在个性里寻找到共性,从共性的发现里面给大家更多个性的指导。最后这一切都依赖于数据科学的进步,依赖于大数据、人工智能、云计算,依赖于存储的增加,所以人工智能会加持我们生命科学的进展。我们希望在未来寻找到碳基生命的硅基未来,让每个人自己数据的权利下活得更健康、更自由、更长寿,谢谢大家。

  王海东:谢谢黎浩先生,在生命科学演讲环节我们聆听了两个方向的嘉宾发表观点,有来自诺奖的得主,有来自中科院的院士发表的极其专业的演讲,我们也聆听到以生命科学作为自己的商业模式、行业选择的企业代表所引发的思考,这让我们感受到生命科学是一个非常值得琢磨的学科,一方面又极其精深的学术研究,另一方面又和我们自身的利益息息相关。在这样的专业中我们能体会到不同的极端呈现。不管是从象牙塔的研究,还是由它构成的商业模式未来潜力的研讨,也许这正是生命科学独特的价值所在,也是它如今受到社会各界如此广泛关注的根本原因。

  接下来我们要请出的是拜耳制药全球IT及数字化转型副总裁阿贝尔·阿肯迪亚先生,他的演讲节目是“数据科学技术与数字化转型”,掌声有请。

  阿贝尔·阿肯迪亚:大家下午好,感谢邀请我到这里,我今天跟大家谈一谈我们公司的数字化转型。今天大多数的听众都是高科技行业的,人们也非常关注从科技的角度看健康。首先我跟大家谈一谈我们公司当前的历程,对于拜耳这样的公司来说,我们在数字化时代肯定也会有新的机遇,也肯定会有很多新的改变。我会跟大家举几个具体的例子谈一谈我们当下的路径,也会谈一谈我们跟合作伙伴一起做的项目,我们在数字化转型当中的基石和里程碑,也跟大家简单介绍一下转型的意义是什么。

  在医药行业,拜耳代表的是全球领先的医药公司,这也是传统的制造公司的观点,我们正在面临着前所未有的颠覆。很多疾病会引起癌症和死亡,单个基因对于不同的疾病有不同的应对。比如抽烟或者环境污染也会影响到我们的生命健康,这都是跟基因有关的。我们正在探索对于不同的致病因素要怎样应对,这样才能更好地维持健康,才能拥有更加健康的生活和长久的生命。

  现在有三个领域正在改变医药公司的运营模式,第一个是现在数据非常多,我们的分析能力也非常强,如果看计算能力的话,我们现在储存数据的能力是比较强的。我们之前谈到硬盘的年代,那时候储存的信息非常少,因为现在有云储备的方式,我们能够储存海量的信息,这些都是前所未有的。而且我们的速度也非常快,能力非常强,成本非常低,会比五年前低很多。但是另外一个非常重要的点,我们现在有能力去理解这些数据,现在这样的能力也非常强,也有一些领先的公司会去解读这些数据,他们会有一些模型,这些模型大家都可以用,这就是新的商业模式。上一位讲者的公司在这方面就是非常领先的公司,之前可能数据非常贵,而且数据也不多,但是现在的数据是非常多。还有我们的前景非常光明,我们能够有更多创新型的药物能够改善人们的生活,这是我们的使命。我们在这个过程中的机会就是把亿这些元素组合起来,这样才能够把技术科学,把数据弥合起来,这样我们有更多创新型的数据和医疗能让大家生活得更好。

  现在有很多的趋势,我们要看一下面对这些改变的时候病人要怎么做,我们要怎么做,有一些新的参与者正在改变医药行业的因素,包括疗效的改变,包括我们也会用一些别的方式,比如用计算力来改变医药行业。我们看到越来越多的病人也会参与到整个过程当中。我们看一下之前的做法,比如生命的起源,几百年前我们都没有这样的数字化转型的做法。在那个时候药物也不是特别多,而且有很多原则也没有体现出来,所以现在我们会有不同的做法。我们面对新的东西,我们要去接受这些东西,不仅仅是医药公司,对于其他的公司来说都是如此。我们要转变病人的健康,我们要拥抱数据,我们相信这是非常大的机会,因为我们现在是生活在IT时代,我们正在进行数字化转型。我觉得这是一个机遇,也是一个挑战,能够给我们更多的赋能,能够支持我们完成不同的功能。比如科学家一直都在研发大的数据集,他们希望能够分析更多的数据,提供更多的功能。我们希望让他们有更多的知识和数据,能够积累更多科学方面的资源。

  如果我们一个人去应对所有这些改变的话肯定是不够的,我们需要找到合作伙伴,我们要有非常有能力的合作伙伴帮我们找到未来的路径,能够有更多药物研制的方式,我们要有更多的人才,现在是智能手机的时代,数字医疗也是大家司空见惯的。我们在应对这个方式的时候可能不会显得那么不习惯。我们是以非常创新的方式来应对,更好地管理我们的公司,我们也在探索数字医疗的业务。所有这些做法都是要利用机器学习、人工智能等新的解决方案。

  我跟大家举几个案例,疾病探测、精准医疗以及更快生产新药方面的案例,对儿童来说需要的药物更多了。我们有一个数据库,这个数据库能够让研究者通过这些数据库创造出更多新的药物,而且速度也更快,这些药物非常具有创新型和创新模型来处理整个流程。对于病人来说也会有更加精准的治疗方案。另外一个例子是我们诊断癌症非常难,我们用一个算法,它能够非常精准地探测癌症。首先是成像,这个成像会给我们一个假设,我们要做基因检测来验证我们的假设,基因检测现在的成本非常低,基因检测非常有用,能够帮助到很多病人。这个算法从两个方面进行训练,我们现在跟中国进行合作,中国有一个非常大的生物基因库,所以我们跟中国进行合作。在未来也会有更多的临床试验,我们有更多的设备把病人连接起来,不会等病人来医院来检查。我们现在有一些分散化的测试,这样的话病人每天都会得到监测,这样就需要数据和技术方面的基础设施,了解不同层面病人的需求,这样我们能够有更快的指导,包括疾病如何发展和演变。同时我们也会尽快把药物送到病人的手中。这就是我们在数字化时代变革的好处。

  另外一个起作用的点是我们需要去吸引更多的人才,能够更好地实现我们所界定的医疗和治疗假设,并且能够更好地协作协同,能够基于过去的失败和挫折能够总结经验。另外人才必须要具有好奇心、动力和研究的激情能够救死扶伤。

  最后我总结一下我今天的演讲目标,希望能够给大家分享一些正能量,能够让大家更好地了解数字怎么样赋能未来的医疗健康。拜耳也希望能够更好地使用这种技术赋能未来的医疗提升。我想跟大家分享一幅油画,西班牙和葡萄牙这两个国家在大启蒙时代做了很多,很多时候葡萄牙的艺术能够在不同领域取得进步,我们原来看到在中国郑和这样的发现家和冒险家,能够把中国的文化带到世界其他地方,我也希望大家能够基于这种协同关系更好地发现和协作,谢谢大家。

  王海东:谢谢阿贝尔·阿肯迪亚先生。接下来我们进入到今天的第二个主题“从5G元年到后5G时代,10年一次的移动通信革命”。

  接下来我们将通过主题演讲和圆桌对话的方式对此进行深入探讨。让我们掌声请出这个环节的主题演讲嘉宾刘韵洁先生,掌声欢迎。

  刘韵洁:各位专家,非常高兴有机会跟大家分享一下我的观点。大家知道互联网经过50年的发展取得非常巨大的成功,但是总结起来,它主要在消费领域对人类做出巨大的贡献。互联网进入到下半场,互联网从消费领域的成功开始进入到实体经济,就是工业互联网、能源互联网、车联网。要进入这样的领域要面临一次巨大的技术变革。4G以前也是在消费领域,5G也要进入消费领域,也要面临一次巨大的变革。

  网络经过近20年发生了一次巨大的颠覆性的技术变革,大家知道是什么吗?在20年以前,我们的网络基本上还是电话网、电报网,是电路交换的网络,是确定性的,是安全的。尽管它有很多问题,但是确定性这个特点是不可替代的。互联网出现以后,要想替代电路交换网,当时所有的专家和学者都认为几乎是不可能的,因为没法做到确定性的网络,因为互联网是尽力而为的。但是经过20多年的潜移默化的发展,一个尽力而为的技术,TCPI的技术完全代替了电路交换技术,大家想想是不是一个颠覆性的技术,但是大家没有感觉,为什么?因为它是渐进的变革。但是互联网要进入到下半场,进入到实体经济,又要面临巨大的变革,变革什么?就是从尽力而为的网要变成像电话网这样是确定性的网络,是安全的网络。当然这不是简单的技术回归,是螺旋式的增长。另外一个变革,就是我们现在进入到实体经济,每一种应用都有非常不一样的对网络的需求,怎么能满足这样的需求。这个变革的愿景,国内国外有一批专家称为是未来网络,这个就类似于5G这样的概念一样,这是现在的网络。这个网络的愿景是什么?要更多的智能,要更安全,而且可定制,现在的网络就是普通马路,上面有没有快速车道,有没有高速公路,有没有高铁,有没有航空?没有。但是我们进入到实体经济,就需要随时能够提供各种差异性的网络、差异性的服务。

  我举一个例子,这个事情为什么需要确定性的网络,我从三个方面给大家提供一些数据的支持。这是ETSI国际组织制定的标准,4K/8K、AR/VR等新业务对网络的要求,有的是15毫秒,有的是20毫秒,要1G的带宽,现在的互联网做不到,要适应这样的发展网络必须要变革。Gartner预测未来十大重大战略技术,其中一项就是全息通信、全感通信,大家不要觉得这是遥远的未来,我今天参加会,我在北京,我不用飞过来,就一个虚拟的人在这里演讲,需要1.9Tbps的速率,而且要求1-5毫秒的延迟。现在的网络延迟,原来设计的时候是90毫秒,壅塞的时候大于90毫秒。全感的通信,比如异地的朋友也好,恋人也好,要互相拥抱,能感到对方的心跳,送她一束花的时候能闻到花的清香,这些东西不久的将来就会发生在我们的身边。这样的应用就会对网络提出更高的要求。

  第二是工业互联网,这是3GPP定的标准,最高的抖动正负不要到于1微秒,如果大于1微秒就失败了,现在的网络是做不到的。

  第三是自动驾驶的车联网,不管是激动雷达还是毫米波,每200微秒就要发一条指令,要测试前方有没有障碍物,如果这个抖动大于200微秒可以想像会产生什么问题。

  我下面谈一下5G和未来网络技术的发展情况。要做到这一点,这个网络的架构要进行变革,现在的互联网满足不了这样的要求。这个变革简单地说,就是现在的物理网络要从现在的黑盒子变成白盒子,所谓的黑盒子就是我们并不知道网络是怎么搞的,所谓的白盒子就是对我们是透明的、开放的,能够可重构、可编程的,只有这样才能生成高速公路,生成高铁,生成航空,而且这是底层,要标准化。上层原来互联网没有大脑,是傻瓜的网,将来的网络要有大脑,要有网络操作系统,下面有业务编排,有开放的KPI,所有的应用都可以通过标准的API,简单的都可以使用,用户就可以来调度使用。要做到这一点需要一系列的我这里列的技术都要攻关。

  大家都说4G改变生活,5G改变社会,其实5G既改变社会,也改变了生活,大家可以看看这个带宽,原来峰值的速率是1G,现在要发展10-20G,用户体验是10M到100M到1G,大家想向这会极大地提升我们的生活质量。大家都会关心为什么5G发展特朗普限制,这么重视中国,这么重视华为,是不是美国有些技术没有,只有中国有,只有华为有?我的看法不是这样,没有几样技术中国有而美国没有的,有是有,但不是很多。在5G这方面为什么会产生这样的焦虑?这个图大家可以看一下,这是在洛杉矶做的试验,5G的频谱,分6G以下和6G以上的频谱,6G以下的频谱资源,这是3.4G赫兹覆盖的范围,这是28G毫米波覆盖的范围,美国的频谱6G赫兹以下都分给军队和国防用,只能在毫米波,毫米波就是小的覆盖范围,这个我算了一下,大概在10几倍,在6G赫兹以下建5G比4G的投资成本2-3倍,因为基站数越来越多,耗电也是2-3倍。现在中国就是用6G亿以下赫兹的商业模式探讨,何况美国如果用毫米波,而且美国又地广人稀,他的覆盖成本没法去做。所以这个挑战才产生特朗普比较焦虑的原因。

  这里面还有一个基础,一会要高速公路,一回要高铁,就是所谓的切片技术,但切片技术不仅是大家现在知道的软件切片,将来要发展到硬件切片,因为它要确定性网络,硬件也需要进行切片。怎么做是确定性、可控制的网络?这几个层都要发生变化,第一层是FlexE/Flex0网络。第二层是TSN,在TSN这方面,鹏城实验室,我的一个团队已经研制了设备,能够做到10纳秒,公布的标准我们已经全部实现,就是为了迎接网络的变化。要做到这样,就是要端到端的。大家都判断将来要云网一体,都要上云,但是中国上云的比例比美国、欧洲都要低,尽管我们的技术很小,但这两年增长率开始下滑,什么原因?将来上云的需求不是上一朵云,而是会上多朵云,80%的用户都需要多云的服务。我们中国提供的服务是什么?阿里云要谈两三个月,腾讯云再谈两三个月,上中国联通的云又以谈,用户非常不方便。我们能不能一次上云,整个云可以共享,整个资源可以切片,端到端地做。这些工作我们都在做。网络的人工智能也是一个发展方向。网络的安全,现在的网络安全,如果不解决,将来的工业互联网、车联网都会遇到灾难性的后果。

  下面我汇报一下面对这样的挑战,中国在做什么事情,中国的专家在做什么事情。面对这样的挑战,有一批专家在12年以前就意识到这样的网络变革,这是大科学装置实现的示意图,其中有一个平面完全用白盒交换机。一开始设计这个网络的时候,大家在质疑,一个是很难做到,第二个是就算做到了也未必是发展方向,很多人在质疑。但是我告诉大家,9月27日AT&T正式宣布他在美国的全国骨干网,包括全球的骨干网也要白盒化技术路线。我相信AT&T做出这个决定以后,全球的运营商都会按照这个方向去做。但是我们庆幸的是什么?我们十多年以前已经在按这个方向进行准备,而且现在已经取得一些成果。

  这个问题最大的挑战是什么?就是网络的操作系统。大家知道手机操作系统和电脑操作系统,因为我们起步比较晚,基本上是被国外垄断,包括华为手机操作系统遇到的困境。如果网络操作系统我们再起步晚,大家可以想像这个后果是什么。我们完全自主可控的操作系统已经在一个大的网上稳定运行三年以上。但这个版本的操作系统,1.0的版本是军队数据中心的,2.0版本是整个大网的,3.0版本是微服务的,明年就会完成3.0版本的工作。这个网络操作系统的特点不仅要支持骨干网,还要支持边缘网,还要支持数据中心,另外对所有的设备厂家要全兼容,对延迟也好,对带宽也好,对不同的需求寻找不同的路径。这个就是我们这个操作系统在中国已经初步形成一个生态环境,三大运营商都在使用这样的系统,而且包括一些互联网公司。这个是今年5月22日从深圳富士康工厂到南京5G+8K机械臂的演示,通过普通互联网和新架构的网络完全不一样的结果得到验证。另外我们把这个结果在大湾区15个城市部署,今年就可以部分城市开通,包括香港、澳门。另外在长三角也在做这个事情。在工业互联网方面,我们用新的架构来做工信部一个新的网络。美国针对6G部署卫星互联网,我们中国也在计划,也是我们进行卫星互联网的准备。大家看到中国启动6G研究计划,这个6G怎么覆盖,除了地轨卫星以外,我们在试验平流层。

  我认为对5G也好,6G也好,中国已经有充分的准备,而且我们现在有这样的大科学工程,我想经过大家的努力,跟全国朋友们共同的努力,跟全球的业界共同努力,我们一定会在这个过程中取得成绩,对人类做出我们中国的贡献,谢谢大家。

  王海东:谢谢刘韵洁院士,再次掌声感谢他就5G网络和未来网络和我们分享他的精彩观点和卓越的实践。接下来我们将在现场展开一场圆桌对话,多位嘉宾将会同台共论5G,我们掌声请出本场圆桌对话主持人,至顶网传媒创办人兼总编辑高飞先生,有请。

  高飞:2019年是中国的5G元年,发放了5G牌照,全球也陆续对5G展开商用,为什么大家都这么关注5G?每一代的通信技术都创造了一个庞大的市场,比如4G创造了移动互联网市场,我们现在的工作和生活都已经和手机分不开了,5G将会创造什么样的市场和价值呢?这还在讨论,业内有一些数据,信通院在2017年的数据,说5G可能会在2030年创造16.9万亿的市场价值,这个数字很大,到底有多大呢?化妆品一年的市场差不多是3000亿,电影票房每年差不多是600,这一算下来5G创造的市场是电影票房的280倍,是化妆品市场规模的60倍,数字有了,具体的应用是什么?业内还在讨论。刚才刘院士举的例子,5G的到来,让恋人能在远距离感受到彼此的心跳。

  接下来有请对话嘉宾上台,未来学家、达芬奇研究所创始人兼执行董事托马斯·弗雷先生,博世互联工业中国区总裁贾睿萌先生,华为5G室内数字化产品线副总裁徐之兵先生,微软(中国)首席技术官韦青先生。

  一开始的话题,我们先讨论技术问题,讨论应用之前先对技术有一个基本的把握。首先我想把问题抛给华为的徐总,我有两个问题,第一个问题是相比4G,5G最主要的技术特点是什么?

  徐之兵:我从三个方面快速讲一下,在技术这块,大带宽、低时延和广连接,是4G 10倍的数据,在体验这块,在4G能达到100M,在5G是达到千兆网的概念。在时延这块,端到端的网络达到20毫秒,VR这个业务才能成为可能。连接就是医疗、传感器连接,每平方米百万的连接,速率是10倍,时延1/10。我们在标准这块,我们在5G核心标准专利占了全球1/4,中国占了全球的1/3,我们第一次在标准上引领了。从中国的产业而言,我们是全球唯一一个从网络、设备到终端标准,在5G整个产业链属于全球第一阵营的,从这方面来说也是为什么5G成为中国热议的问题。

  高飞:任何技术的发展都有新的挑战,5G的牌照发了,我有一些朋友用了之后跟我反馈说现在5G网络的信号不够好,拿手机走到哪有点像寻宝游戏,为什么5G的覆盖这么难,有哪些难点需要突破呢?

  徐之兵:第一个是我们期望跟现实之间的差距,有这样的落差,我们看一下4G,到目前为止中国4G的物理基站数量200万个,三大运营商的基站数量加起来400万个,全球一共不到1000万个,4G的基站数量占了全球的一半,中国是20%的全球人口,占50%的基站数量,人均基站数量和带宽跟全球市场比是非常高的。5G也是一样,韩国到今年年底将建设20万个基站,覆盖韩国全境,20万对中国是什么概念?到今年年底中国会在全球开通15万个基站,明年计划是全国开通80万个基站,相对于在4G时代是五年的时间,这是渐进的过程。第二,网络的建设是商业行为,网络建设有多快、建设有多广,取决于我们的业务能跟上,不仅是C端用户,还有B端企业用户。到目前为止,从中国来说最大的推动力就是政府,其次是运营商和设备商。我们的业务发展得有多快,网络建设就有多快,这是人人贡献网络。

  高飞:也就是说技术上不是挑战,只要是覆盖上足够多网络就会好是吧。

  徐之兵:我们有一个误解,5G相对于4G要建设几倍的基站数量,早期从技术上确实是有这个问题,但基于目前的5G平段,2.6G和3.5G的,5G和4G相同的基站可以达到同样的覆盖,那是美国的问题,我们中国没有这个问题。

  高飞:我们把视野稍微拉大一点,看一下5G技术在整个技术当中的位置,我们老听到一个词数字化转型,背后的技术有很多种,有IT技术,5G属于CT技术,在工业领域还有一个技术是OT,这么多技术,IT、CT、OT,在5G时代写技术到底是什么样的关系?这个问题我想问一下微软的韦总。

  韦青:这个话题早上在我的演讲中已经谈及过了,加上今天下午谈的BT,从IT的角度来看这个问题,全世界现在都在经历物理世界没有更新的科技出现之前,过去几十年将近上百年,物理世界的科学理论没有很大的突破,通信也没有脱离香农定律,它的频率高低跟信噪比、带宽信息量是有一个固定比值的。为什么说IT、CT、OT,包括BT再融合呢?在物理空间没有更多的潜力可挖的时候,相信可以通过数字化的手段。数字化最大的特点是把物理空间大颗粒度的流程、物质打碎变成细粒度的,就是原子化,可以软件化定义,一旦变成服务之后,所有的功能都变成API的调用。在这种情况下,我们可以预见通过IT在过去20年在云计算上的过程,会扩展到通信领域,也会扩展到OT领域,也会到BT领域。在我们看来,未来起码十年之内各行各业都会走回不再唯IT专属的虚拟化软件定义和一切皆服务。

  高飞:原来谈3G、4G好像都是运营商、设备商的事,但是您这么说完之后,这几个T之间融合,IT公司的作用也很大,微软在5G时代,IT公司做什么工作?

  韦青:我为什么强调从IT的角度来看呢?从IT的角度来看,CT对我们来说是一个渠道,它最终的作用还是要通过以T手段把A点的信息传递到B点,B点反馈回A点。从微软来说,在5G时代我们把它当作一个更加高效、更加有效的通信手段。从长期来看不只是5G,从更长远的来看是NG,是下一代通信手段。5G由于香农定律并没有被突破,而且进入到太赫兹,有很多人还无法理解的,包括量子和光子传播的方式。当然这个没有突破之前,我们认为下一代会解决很多待解决的问题,当这些问题没有解决之前,我们就要用软件的方式,就是挖潜和节能的方式来往前推进。用中赋能的技术,不是说微软本身在IT,而且IT和CT怎么应用到实体经济中去。微软要做的事就是在物理世界的理论没有突破之前,我们充当的角色就是赋能、提效、将本、提高用户满意度。

  高飞:对5G技术相信在场的听众都有一定的了解了。接下来我们进入应用环节,首先想问一下托马斯·弗雷先生,在中国的电信产业有一句话叫4G改变生活,5G改变社会,在您眼中看来,5G将会改变社会的哪些方面?能不能给我们一个整体的感觉展示?

  托马斯·弗雷:刚才大家都讲得很精彩,我想给大家讲一下5G技术可以怎样改变我们的现实世界。你可以想象一下在最近的人类时代,我们有一个所谓的视觉虚拟。我们就像是一个人体非常大的海报版,这个海报版可以在上面尝试不同的搭配和设计,人类在不同的社会里面产生行为,可以造成不同的印象,或者是有不同的成象。如果你的着装从一套改为另外一套,或者从一个设计再到另外一个设计,你看到的成象和我看到的成象能够在社交媒体上再现。就好像是我们能够创造一个所谓的形象。我们讲到的人类这些工作将会取决于在一天之内会产生多少信息流,通过这种社交媒体产生新的生活方式。如果他们获得更多的点赞和认可就可以赚得盆满钵满。另外一个例子是在未来5-10年里面,我们将会有许多的传感器在服装或在其他可穿戴设备里面,所以我们在餐厅点赞的时候,我们在吃这盘菜之前会知道这些食物会给我们提供什么样的营养,这就是技术带给我们的改变。理论上来说我们应该做更好的食物选择,能够满足我们的身体的需求,有更合理的膳食。人们要改变自己的习惯是很难的,需要面临很多的挣扎。

  现在有许多新的技术,在过去人类在惩罚一些行为的时候有很多的做法,也有一些好的社会他们会表扬做得好的人,无论是警察抓坏人,还是把坏人送到监狱里面,是惩罚坏人的方式。这就是人类最基本的理念,但是我们能够在日常的生活当中,比如我们在点餐或安排出行的时候有什么因素会影响他们的行为,有什么样的因素会影响他们在决策当中的细节。我们之前也进行过一些讨论,我有一个想法,如果你有能力让人们微笑的话,那你应该获得加分。如果你能让人开心的话就获得加分点,传感器就会捕捉到你做的良善行为,两个月之后如果你的分数不断叠加,你就会得到宣传或社交媒体上的点赞。

  高飞:我接下来想问的问题是在您看来,中国在5G时代有什么独特的优势?

  托马斯·弗雷:我觉得中国有需要优势利用5G,中国是一个制造大国,有能力发明创造许多的东西,5G是起源于中国的创业精神,我们也知道它能够依靠中国的创业精神,用一些新的思维方法去做,想前人不敢想,想别人不能做的事情。在5G的世界里面,它能够更好地鼓励我们进行新的创新,像小微支付,在社交媒体上你很喜欢某个人的作品,你能够给他小额的打赏,这也能够帮助我们改变人们的行为。这在过去是想都不敢想的,现在5G就让我们朝着这个方向去移动。我们也看到了很多不同寻常的战略。5G能够让我们用更多的计算力把它放到互联网上,来确保我们能够非常安全地使用5G,我们也有5G的审查,也有传感器,有很强的算力去做我们过去不能做的事情。我们可以想像你早上醒来的时候,每个人在未来都有自己的设备,你可能在洗澡的时候有一个自己的机器人给你擦身体,帮你梳头发,帮你化妆,也会帮助你选衣服,告诉你现在最流行的衣服是什么样的,你应该穿什么颜色的衣服,而且它会成为你的保膘,也会成为你沟通的助理,成为你生活的一部分,无论你走到哪里,这个机器人都可以化成飞机把你送到那里去。如果有这样的设想,我们把这种想法落实的时候,在中国有很多这方面的人才能够帮助我们实现这样的目标。这就是我所做的工作,把一些看似不可能的想法变成现实。

  高飞:工业界是非常重要的领域,在工厂制造环节当中,5G更能发挥作用,对一般人而言不能理解,觉得这不就是手机电话嘛,怎么在工厂里还用5G呢?记下来请博世的贾总给我们普及和扫盲,为什么5G在工业界那么重要?

  贾睿萌:博世作为典型的汽车零部件的制造商,我们对任何一项新的技术有这样的定位,它如何能够真正帮助制造业提升品质,降低成本,提升交付。制造业的目标是非常纯粹的。5G这样的技术融合融入到工业和制造业,还是离不开刚才讲到的三个特点,它解决的是工业领域里面不同的场景和问题。比如我们针对第一类高带宽,随着智能制造新的要求,比如我们对现场的管理、维护、维修和巡检,这些信息都是流媒体信息,传统是没有办法大量使用,由于整个带宽的限制。5G技术的普及,加上提升的计算和存储资源的整合,让AR/VR在工业现场的应用就提升了很大的空间。另外一个是高频信号,工厂有很多高频信号,比如转动设备,包括其他的制造设备。对这类我们要实现预防性维护也好,还是对设备的状态也好,这类信息同样需要高带宽的通信技术来予以保障和支撑。低时延,尤其在现场层和控制层,对时间敏感一般都是毫秒级。我们在做传统工厂,无论是对设备的利用率,还是对工厂的布局,随着柔性化生产不断提高,我们正在思考一种新的生产组织形式和生产资源的组织形式,5G技术就可以将传统固定的产线根据我们的需求变成柔性化的产线,从而在我们达到一定水平以后进一步提高生产效率,降低成本。广连接,在工业领域里面有很多典型的应用场景,无论是我们工厂里面将传感器、安防和生产、物流进行连接,这非常基本的广连接,还有智能制造走到今天,我们大家都在提协同制造,就是和上下游、供应链。上下游协同生产会随着5G技术的普及得到信息和数据大量的协同传输,从而进一步能够确保我们在整个价值链、供应链里面信息传输更加准确的生产和制造。5G的这三个特点能够改善整个制造领域不同的场景。

  高飞:贾总在日常工作中肯定会接触很多中国传统的制造业客户,在5G牌照发放以后,能不能给我们举一个例子和哪个客户交流说这个事能不能通过5G解决?

  贾睿萌:我可以分享一个我们博世自己的例子,就在我们研发大楼的隔壁是智能装备事业部,为我们博世提供相对来讲复杂度比较高的装配设备。随着5G的发展,因为在传统的产线里面,有一类设备的利用率并不一定非常高,就是机器人,机器人设备越来越得到制造业的普及。原因是整个柔性生产的产线并不会时时都在生产。但是对于机器人可灵活使用的生产资源,怎么样进一步提高它的效率,我们联合部门和运营商,共同将AGV机器人和视觉进行整合,让机器人变成一个智能的、可移动的,可随着生产订单时时分配的资源,最终进一步提升生产的效率。我们在实验室里面正在做这样的案例。

  高飞:就是有一些机器人自动化设备,有了5G亿以后可以让它们协同起来工作。

  贾睿萌:博世今年在汉诺威工业展的时候提出了未来工厂的概念,未来除了天花板、墙壁和地面是固定的,其他一切都可以根据客户定制化的需求分配和移动。

  高飞:我们时间有限,现在进入最后一个问题,今年是2019年,通信技术每十年换代一次,十年之后的技术可能就是6G了,5G那时候也经过十年的发展了,能不能请各位预测一下,当然预测未来是很难的,而且预测错了的话,这都有摄像机录下来也很难办,但是没有关系,说错了是正常的,说对了那更说明我们水平高。从未来学家开始,请托马斯·弗雷先生开个头,每个人讲一项,十年后最火的一项应用,十年前没有人预测快手和抖音,这不是预测出来的,是在实际应用中出现的,我们反过来给各位启发现在应该干这件事情,十年之后一项应用因为5G火了,它是什么?

  托马斯·弗雷:我个人觉得十年之后不会有密码了。

  高飞:十年以后我们希望能看到一个什么东西?

  托马斯·弗雷:我个人觉得5G将是非常大的赋能因素,现在有互联网教育,之前的教育体系就有点过时了,它会赋能更多的公司,它们会成为互联网教育公司,5G将会帮助我们实现这一点,它们会成为这个过程中的燃料。所以我觉得互联网教育的规模化会非常快,会非常好地普及教育,遍布全球各地,会在短短几年内就完成这个过程。因为之前的教育没有太多依靠互联网。

  徐之兵:我一直比较看好AR这个业务,我个人预测未来5-10年AR会成为我们生活的伴侣。

  韦青:我觉得未来5G不完全针对消费者,对消费者来讲他们所需要的革命性创新应该用NG代表更合适,下一代通信技术,5G对于制造、城市管理,对于商用的革命性会更大,反而也应合了4G改变生活,5G改变社会,5G不只是消费者的,我现在还没有看到特别巨大的革命性的革命性,但是对于制造、城市管理、医疗、教育可能有很大的改变。如果要我说最终是什么,最终就是由于通讯的无处不在,造成信息无处不在,人类就不用再谈IT、CT、OT的事了,只着重你要做什么,你要做什么跟技术是没关系的。

  高飞:对于我的感受就是自从高清摄像头出现以后,每年开车罚款金额提升了3倍,原来基本上每年就被罚两三次,现在几乎每年被罚10次左右。

  韦青:5G为什么是改变社会呢?真正伟大的技术是你看不见摸不着的技术,5G要真想伟大的话必须是看不见摸不着,你日用而不知。但消费者看大片是不是快点了,我觉得那是次要的。

  贾睿萌:对搞工业和制造的人来说预测是非常难的事情,任何一项技术在制造里面总是有一些实质,这是工业的特点。随着5G技术,传感器、服务和软件,这是一定的。从我个人的感受来讲,随着互联网技术、电商技术,我们把to C现在不仅可以看到买的什么东西,在哪里,什么时候到我手里面。5G大范围的使用会把to B和to C进一步拉近,让消费者看到我的产品在工厂哪个产线上生产,也许会进一步拉近to B和to C两端对彼此的理解。

  高飞:特别感谢各位嘉宾,我也做一个预测,十年以后,可能我们在高交会上就会讨论6G未来的应用是什么。特别感谢几位嘉宾的精彩分享,我们今天的对话环节就到这里,也感谢各位的聆听,谢谢。

  王海东:再次感谢高飞先生以及各位对话嘉宾。

  朋友们,在圆桌对话之后关于5G的分享要告一段落了,接下来进入今天论坛的最后一个演讲主题“飞向太空”,商业太空逐渐走向市场,而一场航天的商业变革以及太空技术革命已经拉开了序幕。我们在这个环节将会聆听三位嘉宾在此作观点分享。第一位是中国科学院院士、中国科学院上海分院院长、“墨子号”量子卫星工程常务副总设计师、卫星系统总指挥王建宇先生,他的演讲题目是“太空中的光极限探测技术”,掌声有请。

  王建宇:刚刚两场听了非常激动,第一场是讲人体里面最小的东西,第二场是讲我们关注的5G,接下来我跟大家分享一下在太空里面我们能看到什么。

  大家知道光是无所不在,是最普通不过的,但是光里面涉及到非常多的奥秘。从历史上来看,什么是光,一直是有很大的争论。18世纪的科学家牛顿说光是一个一个粒子,可以解释很多光的特征,但是解释不了光的干涉和衍射现象。后来惠更斯说是光是一种波,但对光传播的东西又解释不了。一直到本世纪初爱因斯坦提出了一个观点,为什么世界上的东西一定不是这个就是那个,而不能既是这个又是那个。他的意思是说我认为光既是波,又是粒子,这是非常大的进步,这就后面奠定了量子力学的基础。我们逐步认识到光既是一种波,又是一种粒子。5G、太赫兹传递的都是电磁波,在物理本质上光和电磁波是一样的。当时的科学家非常伟大,没有现在那么多的手段,但是把物理公式推导得非常漂亮。

  我今天跟大家分享两个故事,就是光在太空当中,或者在空间会有什么样的应用。第一个故事是我们已经做成的事情,就是我主持研制的“墨子号”在太空上做什么。2016年8月16日我们把“墨子号”发射上天,说到量子力学要非常简单地说一下量子力学的基本概念。世界上所有的东西分到最后都是一份一份的,能量也是一份一份的,光最后也是一份一份的,我们称之为光子。在量子力学里面说任何事情都是概率,或者说量子态到底是0还是1是不确定的,中国人比较喜欢玩硬币旋转的游戏,如果你在桌面上转一下,我问你拍下来是字还是国徽,没有一个人能准确回答。但是我转1000次,多少次是字,多少次是国徽,这样大家都能回答,大概是各500。在量子力学里面又有一个原理量子侧不准原理,这也就衍生出了量子不可克隆原理,任何量子系统去测量它,再拷贝成另外一个量子系统,不像手机上的微信发出去可以满天下发出去,它不行,拷贝一次错误的概率是百分之二十几。这些原理被我们科学家不断地利用。

  “墨子号”要做什么事呢第一个是量子密钥的分发,保密中心里面最重要的就是密钥,作为量子特性,有可能在传输过程中是不可窃听或不可破译的密码,原理简单来说,刚才说了量子都是一份一份的,假定我发出1万个量子码,收的人收到了1000个,不要仅,我只要知道他收到哪1000个,我们就可以在这里面产生密码,而其他人如果来截取这1000个已经被对方拿走的是拿不到的,他拿到的都是这1000个以外的。在量子世界里面被窃取的光子不产生密钥。当然也有人说还是不保密的,我有办法把你所有的光子通通收掉,我再拷贝一份发给对方,这样他收到的光子我全有,是不是能破译这个密码呢?这时候量子的第二个原理就起作用了,量子的东西拷贝以后有1/4是错误的,只要在收到的量子里面拿出一部分来核对,我发现错一两个,可能是信道的误码,如果错误率达到多少之后我就怀疑这个链路被人窃听了。它最大的好处是一旦被窃听我就能发现,反过来在它的传输过程中只要传输成功,它一定是安全的。

  “墨子号”第一个就是要做天和地之间的密码能不能通过卫星来传递。第二个是我们做一个非常有意思的实验,这完全是物理学界的,在量子力学里面有一个非常奇怪的推论,虽然前面说量子力学的东西你不去测是不知道的,但是在某种情况下产生出来的两个量子或几个量子,有可能它有相同的特征,我们叫有一个被测量确定以后,另外一个立马就确定了,这个和量子前面的理论是有矛盾的。科学都是可以怀疑的,包括爱因斯坦也认为这个东西是不对的。他就提出来这个情况下相对论的定域性说,就是对一个粒子的测量不可能影响另外一个粒子,他一定认为是量子力学的理论有矛盾或不完备造成特殊情况下错误的结论。到1964年有一个科学家Bell提出了这个公式,就是Bell不等式,只要我做这个实验得出的结论超过2,那就照明了这种纠缠现象是存在的。一直到1972年有人在实验室里做了这个实验证明确实是存在的,国际在物理学上的进展是看谁能证明这种现象到底存在多少,或者谁能把这个距离做得更远,我们通过这个卫星要把距离做到1000多公里,看在宇宙范围内能否成立。

  第三个是在量子世界里面所有的东西是不能拷贝的,一拷贝就会错。一个世界如果不能拷贝,不能和外面准确交换信息,这个世界是没用的。科学家认为量子界一定有自己独特的信息传输方式。如果这种纠缠是存在的,那么一定是可以通过纠缠来传递信息,他们在地面也做了实验。这种传递方式叫量子隐形传态,要把地面上的一个量子态原封不动地传到太空上去。

  这三个事我们都是通过光子来做的,光子肉眼是看不到的,为了做这个我们从工程上发了一颗卫星,建了5个地面站来做这个事情。很多朋友会问这颗卫星为什么要叫“墨子号”?这里面是有一点故事的,墨子是我国的四大圣人之一,但大家不太知道的是墨子也是一位非常伟大的科学家,他记录了全世界第一个光学试验小孔成像实验,我们团队把这颗卫星取名为墨子号,为了纪念这个伟大的科学家,也是体现我们中国的文化。

  这颗卫星上去以后,大概经过半年的实验,我们三项目标都完成了,第一个验证了地面两个分别距离1200公里的地面站接收卫星上发下来的纠缠光子,确确实实证明了这种纠缠是存在的,这个论文刊登在2017年6月份《科学》杂志上,作为封面文章,去年告诉我们这篇文章获得了2017年《科学》最佳论文,当时潘院士告诉我的时候也没有特别激动,但是后来他又说了两句话,非常不容易,他说整个《科学》一年只评一篇论文,第二句话亿以前统计下来获得过这个奖的科学家大概有一半的概率获得诺贝尔奖,所以这个奖还是非常有价值的。

  我们在上面也做了一个星地量子密钥分发,大家会问为什么密钥分发要弄到卫星上去?这个原理,我们地面主要靠光纤,光纤在传输过程中会有衰减,而且每100公里要中转。如果我现在要和美国的领事馆发送密码的话,通过这种方式是不现实的。卫星是唯一组成全球网不可缺少的手段。我们验证了星地密钥分发是可能的。有了第二个实验的基础,我们圆满完成了隐形传态的实验,这个距离也做到了1000多公里,是全世界第一个完成隐形量子态超过1000公里的传输。

  下面有几张照片,这绿颜色的就是卫星,红颜色的,量子通信相当于把光路给接通了,这个接通的难度是比较大的,因为要找1000公里以外的卫星,要把它找到,而且要跟住。这是演示的过程,天上的卫星过去以后,地面站就可以获得它的密码。这个弄完以后,我们在2017年9月底用这套系统让我们科学院院长和奥地利的科学院院长用这套系统进行了首次全球量子密钥通信,我们为这个也专门请他们在瑞典建立了一个地面通信站。这个做完以后,国家对这方面加大了很多投入,同时也刺激了国际上对量子的研究,欧盟也有很大的投入,美国在2017年10月份就举办了听证会,他们认为美国绝对无法承受在量子技术革命竞争中失败的代价。甚至也有著名的科学家矛头直指他们国会,他说中国五六年前就在搞这个东西,你们认为中国人搞不成,现在他们领先于我们了。但是话锋一转,他又说,我们美国人永远是第一的,只要你给我钱,我们能赶上中国的。

  这里面有很多非常难的技术,因为今天时间关系,我不可能讲很多,举几个例子。最困难的是卫星出来以后能把它找到,而且非常高精度地跟上,这个技术我们曾经也想过是不是要从国外引进。但是像这样的技术是引不进的,我们开始谈的时候,人家给你说了一大堆,价格很贵,最后人家告诉你这个技术太先进了,我们不可能卖给你中国,这还不是美国的公司,是一家欧洲的公司。但只要自己努力去做还是有办法的。目前做的最好的技术,我们捕获和跟踪的技术,因为国际上没有量子通信卫星,但是有激光通信卫星,这个是类似的,我们对比下来,我们的指标甚至比他们个别的还好,我们现在做了几千次实验都是非常成功的。

  还有一个是光,我们要接受一个一个光子,我们在地面望远镜要接收到一个个光子,从能量上来说相当于是在月球上划一个火柴我在地面上能看到。对准技术也是一样的,我要从万米高空往地面飞机上不断地扔硬币,要求这个硬币不但能放到地面上旋转的储蓄罐,而且要让硬币的方向比较偏,准确无误地进入投币口,我才能完成这样的通信。

  大家说你做的这个实验有用吗?我们下面要做的就是从实验到应用,通信卫星轨道太低了,每次实验就是几分钟到十几分钟,如果我们把轨道从500公里提高到上万公里,我们就可以每天提供几小时的通信量,这样对国家很大范围的密码已经足够使用了,当然要做到这个,我们的技术还要进一步提高,比如白天、晚上都要能用,原来的距离只要1000公里,现在要到上万公里,这些相信在国家重大计划支持下还得往前做。这些是指标参数,我就不说了。

  第二个和大家分享的也是光的探测,也是科学里面非常敏感的,就是引力波的探测,“太极一号”。爱因斯坦当时预测了世界上或者宇宙里面有四种力,唯一的就是引力波没有探测到。一直到2016年美国的LIGO系统测到了引力波,证明了爱因斯坦说的引力波是真实存在的。宇宙里面绝大部分的能量和物质,有的说是暗物质和暗能量占宇宙能量的90%以上,甚至95%,为什么我们看不见?科学家分析很大的原因,我们对引力波的探测不像对电磁波的探测那么成熟,引力波我们几乎还看不到。如果我们能看到引力波了,可能以后这些暗的东西就不暗了。

  为什么说这是人类对宇宙的认识?为什么我们在美国当时地面已经看到引力波,现在还要到天上去做引力波呢?这个道理也非常简单,引力波和电磁波一样也不同的频段,在地面上因为测量的距离非常远,距离不够远,所以只能看到引力波的高频部分,这要天体发生非常大的变化才能有的,所以地面的系统几年看不到一次信号,绝大部分天体的活动都是在引力波的中长波上面,如果能在天地上建立一个几百万公里的实验平台,那就能看到很多引力波来研究宇宙。

  引力波的探测原理是什么呢?它也可以通过光来探测,从引力波的原理上讲,引力波一来以后,根据爱因斯坦的广义相对论会让时空进行扭曲,这个方向距离会变短,另一个方向距离会变长,我们要探测引力波就是要探测有没有这种变化产生,这种测量要到什么精度才能测到呢?要到10的负12次方米,可以用激光干涉的原理测量,这也是新的进展。以后在天上测引力波也是要用光的变化,测10的负12次方距离的变化就有可能在天上测到引力波。就是引力波过来以后,这是干涉仪,会发生一边压缩,一边伸长的变化。

  现在全世界都在做,我们设计了“太极一号”,欧洲人也在做,大家都在准备,真正测到这个还没有到时间。我们“太极一号”8月31日发射的卫星已经测到了100皮米,为引力波测量打下了和国际上同一水平的基础。这里面有一系列光的测量、惯性测量的技术,由于时间关系我就不一一说了。

  激光干涉仪测量精度是百皮米量级,大概一个原子的大小。引力参考传感器测量精度达到重力加速度的百亿分之一,,微推进器推理分辨率达到亚微牛量级。下面我们还要策划太极二号、太极三号,争取在2030年之前把空间的引力波得到完美的测量。在天上我们要把卫星组成一个等边三角形,卫星之间的距离是300万公里,在300万公里的范围中测出皮米及的变化。到第三阶段,希望到2033年左右完成这样的测试。谢谢大家。

  王海东:谢谢王建宇院士,我们必须要说太空是一个非常奇妙的话题,这是我们每个人在孩提时代心中最美妙的梦想之一。接下来要请出的演讲嘉宾是中国航天科工集团有限公司董事会秘书、新闻发言人侯秀峰先生,掌声有请。

  侯秀峰:各位嘉宾,女士们、先生们,大家下午好!很高兴有机会和大家分享商业航天和太空经济的有关事项。

  当前,人类探索宇宙步伐加快,正在催生新的变革,利用太空资源发展太空产业,培育太空经济,日益成为经济社会向前发展的新动力。太空对于大众而言已经不再遥远,全社会正在享受太空活动创造的产品和服务所带来的便利,生产生活方式也产生了许多新的变化。太空经济存在广阔的发展空间,面向太空产业发展的新思想、新模式、新途径不断涌现,为太空产业由起跑阶段向快跑阶段积蓄了关键的能力,太空经济蓬勃发展指日可待,太空产业升级在即。

  太空经济是人类从事全部太空活动及相关产业所形成的经济业态的总称,人类探索、开发、利用太空而诱发的全部产业活动均可纳入太空经济的范畴。太空经济产业可以分为核心产业与衍生产业,核心产业是与太空活动直接相关的高科技产业,具有地位的战略性和重大性,用途的多重性和综合性,经济的高投入与高风险性,价值的强带动性与扩散性等特点。主要包括以下三类,第一是基础产业,基于太空活动所需的基础设施建设相关的产业,包括火箭、卫星、太空站等广义的空间飞行器制造,第二是应用产业,基于空间基础设施应用相关的产业,包括卫星通信、卫星导航、卫星遥感、空间科学实验和空间站应用。第三是太空资源开发与利用产业,利用太空环境与资源进行的产业活动,包括太空农业、太空旅游、太空制造。衍生产业主要是指人类从事太空经济活动相关的法律、金融、保险、咨询服务、教育、文化、娱乐等方面。

  第二方面想和大家分享一下太空经济和产业发展的需求以及相关的意义。当前,互联网经济、海洋经济成为国民经济发展的重点,从实体经济发展空间来看,继陆地和海洋之后,太空将成为未来发展的新疆域。发展太空产业对促进国民经济发展,提高人民生活质量,充分认识地球具有非常重要的意义。从经济发展需求来看,目前每一个新增的GDP所需的投入正在逐年上升,实现经济的高质量发展面临诸多问题与挑战,例如:市场需求牵引不足,制造业等第二产业产能过剩,耕地、能源、矿产等生产要素的供应日益紧张,原材料、元器件等产品质量有待提升,产业结构配置亟待优化,经济活力、创造力和竞争力需要进一步增强。

  从服务民生的需求来看,航天技术转化与应用需要更加面向国民经济主战场,推动太空经济应用产业与信息、交通、安防、农业、水务、环保、救灾等领域的深度融合,发挥其强大的带动性于扩散效应,与国民经济其他领域形成相辅相成的互动态势,对支撑网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会建设,实现人们对美好生活的向往具有十分重要的意义。

  从人类社会可持续发展的需求来看,要想更好地认识地球、认识世界,必须走出地球迈向太空,太空活动可以极大地扩展人们的认识领域,提升人们对客观世界的认知能力,站在太空看地球,不分种族、地域与国界,人类社会发展面临共同的问题,粮食安全、资源短缺、环境污染、气候变化等威胁着社会发展与人类生存。向太空寻求解决方案成为实现可持续发展的一个选项,太空经济及产业的发展壮大,必将为人类社会发展开启新的篇章。

  第三部分向大家介绍一下全球太空经济及产业的发展态势。近期,太空经济及产业发展呈现出市场、收入持续上涨,产业发展环境日益完善,参与主体不断增多,商业模式创新大量涌现等态势,对经济社会的贡献日益显著。从经济规模方面来看,美国航天基金会统计数据显示,目前政府预算投入和商业市场收入在太空经济的比例格局已经由以前的1比3变为1比4,收入部分呈现出逐年上升的态势,2013-2018年,全球太空经济规模由3025亿美元增长到3600美元,实现了五年19%的增长。从发展环境来看,太空经济及产业发展氛围良好,鼓励支持太空经济及产业发展的法律、政策日趋完善,投身太空经济的企业日益增多,社会各界给予新兴企业在资金、技术等方面的支持力度不断加大。从参与主体方面来看,通过发展太空产业获得的经济与社会的效益吸引了越来越多的国家、企业甚至个人的关注,使太空经济与产业发展参与主体更加多元化。据美国航天咨询机构统计,2000-2015年间,共有80多家靠天使投资和风险投资起步的新兴航天企业成立,截至到2015年底,投资新兴航天企业的公司数量平均每年增长到55家,几乎是2000-2005年的8倍,标志着大量的资本正在涌向太空领域。从商业模式来,太空旅游、太空采矿等新兴活动吸引了一大批的投资者关注,社会各界正积极探索太空资源开发利用的新模式。

  第四方面,太空经济产业未来发展的热点。纵观全球态势,面向未来发展,太空产业的发展热点集中在太空运输、卫星应用、太空制造、太空农业、太空采矿、太空旅游、太空医疗等领域,覆盖的范围从地球到近地轨道,再到深空的拓展。太空产业及其盈利点主要源自太空运输与卫星应用。随着商业发射服务需求的增加及低成本运载系统、新型卫星平台等航天器研制的推进,太空基础产业领域的盈利空间将不断扩大。

  面向未来,太空运输与卫星应用发展需要注重创新、低成本与灵活性,更符合商业化需求。采用成熟的技术和通用化、标准化、模块化的设计,采购商业现货,有助于大幅降低系统研制成本,缩短研制周期。可借助5G、人工智能、大数据、物联网等产业实现融合发展,使应用场景更加广泛,用户服务更具有针对性,太空经济及产业可以“一带一路”、互联网+、大数据等战略为契机,以空间信息走廊、亚太空间合作组织、金砖国家遥感卫星为依托,将发展的新思路、新理念、新模式落到实处,切实服务民生。

  对太空制造、太空农业、太空采矿、太空旅游、太空医疗等新领域的探索,可以促进国际合作,推动科学技术进步,启发人类发展新思路,为解决全球问题提供更多的方案。在技术推动和需求牵引的双重作用下,这些新兴太空产业活动在中远期维度上将呈现快速增长态势。

  最后蓄商业航天之势,促太空经济发展。当前,我国航天产业正在转型升级,商业航天也呈现出巨大的发展潜力和空间,是加速形成航天产业新格局的重要途径,也是培育太空经济的重要手段。面向繁荣发展的商业航天,融入时代发展潮流,紧抓时代发展机遇,蓄商业航天之势,促太空经济发展是我们关注的焦点。一是营造良好的环境氛围,二是培育市场,三是引领创新模式。中国航天科工集团有限公司作为航天事业的重要参与者和核心力量,一直致力于整合社会各界优质资源参与全球航天商业产业发展,共同为用户及合作伙伴创造商业机遇和市场发展空间。经过一段时间的努力,取得了积极的成就。

  各位来宾,实践告诉我们,伟大的事业都基于创新,创新决定未来,中国航天科工将继续在航天道路上砥砺前行,与有志于此的各界同仁协同创新,为更好更快地推动航天产业发展和促进航天技术造福人类做出新的贡献,谢谢大家!

  王海东:谢谢侯秀峰先生,接下来要请出的是今天的压轴演讲嘉宾,珠海欧比特宇航科技股份有限公司创始人、董事长颜军先生,他的演讲题目是“欧比特的太空梦”,掌声有请。

  颜军:各位专家、各位领导,非常荣幸给我这个机会向大家汇报珠海欧比特公司在卫星产业的布局。

  欧比特公司有一个太空梦,得益于国家对卫星产业的支持,2014年国家鼓励民营企业参与空间基础设施的建设,我们通过四年的布局,现在我们有12颗遥感卫星,服务于政府、个人、企业。珠海一号卫星星座是由34颗卫星组成的,我们现在发射了12颗,集中于视频卫星、高光谱卫星、高分光学卫星。我们在一个非常宽泛的谱域上设计我们的卫星,可见光从400到1000纳米,对于人的眼睛来讲过了780纳米就看不见了,我们的卫星是从400纳米到1000纳米。我们后期也在布局红外卫星,以及雷达卫星,争取以最快的时间完成32颗卫星的布局。

  卫星上天之后每年能获取多大的数据呢?如果34颗卫星上天,每年是7000TB的数据回来,现在我们获取比较少,大概是4PB的数据回来。冲上太空不是我们的目标,而是要把卫星拿来服务创造效益。我们的投资都是自己的钱,从市场融来的钱,把卫星发射上去,我们要靠卫星数据和服务来养活我们企业,养活我们员工,走上健康发展的道路。一颗卫星,假设高光谱,单跪拍摄6分钟,幅宽150公里,扫描40万平方公里,数据量约400GB,对于40万平方公里这么大的数据怎么处理对我们是一个难题,我们有8颗卫星,一轨下来就是320万平方公里的获取量,在这么大的数据下面,我们怎么处理,这是我们需要考虑的问题。

  我们一直在探索,除了人工处理之外,我们是不是还有更有效的能够用人工智能的算法来处理它,这对我们来说是非常大的挑战。卫星数据非常难以实现全自动化的处理,因为每个客户要求的侧重点不一样。我们的信息提取能力时效性还是非常低的,所以我们更加呼唤人工智能。这里我列了一个表,对遥感应用,对分类精度评价的各种公式都摆在这,我就不细谈每个公式,我们从定性评价、定量评价进行分析。

  高光谱,对一刻卫星40万平方公里的处理,我们可以裁减成50×50公里的小区域,因为是10米的分辨率,所以是5056×5056,如果用人工智能来处理,对于单星单轨的数据大概是24-96分钟的目标,这没有满足我们的要求。这是高光谱影像的多地类分割,比如133平方公里耗时非常少,可以忽略不计,0.01分钟。 高分辨率卫星,因为幅宽比较小,22公里,每6分钟可以扫描6万平方公里,对于6万平方公里,我们的处理时间是比较长的,我们即使用人工智能的办法处理还是29分钟到400多分钟。

  卫星上天了,企业怎么活下去?我想更多地向大家报告我们是怎么想的。大家知道对于一个遥感系统,从信息源的获取,到信息获取、信息处理、信息应用,这是一个大的产业链,我们公司有1000多人,大约一半的人都专注地做数据处理和数据应用。我们为了满足对数据的获取能力,我们在全国各地建了5个接收站。我们也建了大量的数据中心、存储中心。光有卫星数据还不行,我们还要把物联网的数据纳入进来,还要把雷达卫星纳入进来,这是我们设想的卫星大数据服务架构,它的应用链有多广呢,可以广泛应用于各行各业,国土、农业、环保、林业、海洋、国防等。8颗高光谱卫星组成了现在全世界最强的高光谱数据获取能力,我们试图打造一个全世界处理速度最快的、应用最广泛的团队。林业管理有什么用途?比如病虫害,我可以大面积、大视野、大尺度地看一个森林有没有病虫害,有没有着火的可能。国土管理,海洋监控,我们珠海用清水青山一张图,珠海的海域有9000平方公里,靠人工是不可能的,靠卫星是靠普的,几颗卫星一天可以扫好几次,对于海域上的各种状况我们摸得非常清楚,而且可以进行定量分析。对于农业来讲,其他很多行业也是这样,对于历史数据的需求越来越强烈,今年、明年、后年,这几年攒下来的数据对未来的分析形成非常大的产业。这是内陆水体监测,现在政府对每一条河,900公里,靠人工,靠物联网的数据也是不太靠普的,利用卫星这样新的技术来解决监测的问题,包括黑臭水体,应用是非常广泛的。

  我们欧比特在布局的时候,光是提供数据服务那不是我们的追求,我们要打造一个平台,这个平台叫卫星大数据平台应用。大家在网上可以看到高光谱中国。绿水青山就是金山银山,对于各个能想到的应用我们都放到平台上,这是我们覆盖各个领域的全面应用。大家说为什么要绿水青山,除了提供数据服务,它取代了过去传统的技术不能满足的需求,大区域、大覆盖。大家有时间的话也欢迎大家到我们珠海总部来指导工作,我今天汇报的就到这里,清水青山一张图,大家记住它能解决各种各样的问题,谢谢大家。

  王海东:谢谢颜军先生。一家民营的宇航企业要如何活下去,一方面要仰望星空的太空梦,另一方面要脚踏实地变现的能力,再次感谢颜军先生的分享。

  我们今天的论坛告一段落了,今天我们以“改变世界的新兴科技”为主题共同聆听了诸位专家、嘉宾发表的精彩观点,相信对于各位的事业也能够有所帮助。明天还是在这里将会继续2019中国高新技术论坛,主题是“创新引领未来”,我们将会就智能制造、智慧出行、城市规划等话题展开讨论,欢迎大家继续关注。再次感谢各位今天的光临,我们明天再见,谢谢大家。

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