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                人因工程的火种:点亮未来
                来源: 重庆新闻资讯网 通讯员 刘苏蒙 记者 王湛

                今日关注人因工程的火种:点亮未来

                “人工智能究竟是天使还是魔鬼?”陈善广在发表主旨演讲时向与会专家发问。图片由第三届人因工程高峰论坛组委会供图

                航天员聂海胜。图片由第三届人因工程高峰论坛组委会供图

                人因工程应用广泛。图片由第三届人因工程高峰论坛组委会供图

                航天员刘旺。图片由第三届人因工程高峰论坛组委会供图

                “随着人工智能和机器人水平的提升,在未来载人深空探测任务中,比如建造月球基地,航天员与机器人联合协同作业将是必然的发展趋势。如何确保人与智能机器人之间密切配合、高效工作是人因工程面临的新挑战。”

                近日在长沙举办的第三届中国人因工程高峰论坛上,论坛主席陈善广对中国青年报·中青在线记者如是说。同时,中国首个手动完成空间交会对接任务的“神九”航天员刘旺,也向前来参会的年轻科技工作者提问:航天员在月面工作,如何让智能机器人告诉人类月壤的味道?人工智能如何模拟人类的感知觉,带回更多信息?

                这是一次看似天马行空,却在布局未来的会议,由中国载人航天工程办公室、长沙市人民政府、中南大学、国防科技大学和中国航天员科研训练中心共同主办。20位“两院”院士和3位国际宇航科学院院士、400余位领域专家以及100多家企事业单位代表在内的600多人前来参会。

                有很多人在问:什么是人因工程?这是门什么黑科技?

                因此在主旨演讲中,本届人因工程高峰论坛主席、中国载人航天工程副总设计师、国际宇航科学院院士陈善广给出了最新解释——

                人因工程学科聚焦一切由人制造的、有人参与和使用的产品和系统,研究人与系统的交互关系和规律,以实现系统安全、高效且“宜人”的三大目标。坚持以人为中心的理念、遵循系统工程思想和方法、直接面向设计和应用以及强调多学科融合是其典型的特征。

                在为期两天的论坛期间,与会专家围绕“人因工程与人工智能”主题,分享人因工程研究成果,研讨人因设计发展规划,旨在深化人因工程在智能装备、创新设计、医疗健康、智慧城市、互联网和国防安全等领域的引领与促进作用。

                人因工程:不是黑科技而是白月光

                军事科学院副院长贺福初院士向与会者展示了当今人类最前沿的武器——

                1.如好莱坞科幻片《环太平洋》类似的装甲。即,体外骨架跟人并行,放大军人的体能。用这个并行系统可以背负200斤,而且还可以行走自如。

                2.类似《蜘蛛人》,利用壁虎脚趾的科学原理,制作的手套可以让士兵随意攀登垂直的墙壁。

                3.通过模仿金枪鱼摆尾的推进方式,避免传统螺旋桨的激波噪音与空破碎噪音。水下杀手变得静默无声。

                4.《蚁人》中某些镜头也在变成现实,蜂群作战,可能将用于战争的实践。哈佛大学一位美女教授带领团队,模仿昆虫军蚁的集群行为,设计算法,让超过千个机器人群体,产生有序的规制性的统一行动,从而突破机器人群的操控原理和技术集成的工程性原理。

                5.基因剪刀,2016年年初就被美国情报总局列进了大规模杀伤性武器清单。

                贺福初院士预测,生物驾驭很可能成为新的国防驾驭。因此他与同事在《求是》杂志上,发表了《生物安全,国防战略制高点》的文章。他认为,生物科技可使认识脑、利用脑、控制脑成为可能,成为新型的作战空间,从能源战争、信息战争之后可能开启“意识战争”。这样新型作战空间,新型作战理论和力量的形成将可能打造一种全新的作战样式来重塑战场的形态。

                “人工智能究竟是天使还是魔鬼?”陈善广向与会专家发问。

                当看过那些残忍的杀人机器的仿真录像,全场静默。这种思考是沉重而痛苦的,人类科技日新月异,双刃剑的效应非常明显。比如,保障人工智能的安全是非常难的,概率只有5%到10%。所以很多学者提出了这方面的担忧和建议——特斯拉汽车的创始人埃隆·马斯克说“我们要万分警惕人工智能,它比核武器更加危险”;已经去世的霍金曾说“机器人的进化速度可能比人类更快,而它们的终极目标将是不可预测的”;阻止杀手机器人的运动已经开始了,2000多名学者联合向世界发出倡议,禁止研究人工智能武器。

                “不管我们愿意或不愿意,人工智能已经悄然走入了我们的生活,如果一旦与生物科技这个领域结合,必将产生巨大的影响,深刻影响人的生活,甚至改变重塑我们自己。对此我们不是束手无策、无所作为的,从科学的立场来讲,人因工程应该担负起自己的使命。”

                陈善广指出,先哲提出“人是万物的尺度”,说明未来的万物唯一的标准就是“人”,你讨好了“人”的程度,决定了你存在的价值。人因工程的学科理念是以人为本,以人为中心,要让机器适应人,而非掌控人毁灭人。

                这一观点得到了与会学术权威、工程人员的强烈共鸣。其实,从人因工程高峰论坛规模的扩大速度便可看出各方人士对人因理论和实践的看重,以及这个平台的扩展速度。开幕式之前,坐在前排的院士们相顾哈哈而笑,说,第一届人因论坛时是10位院士参加,第二届有15位院士参会,本次则聚集了20位院士,参会人数也从200多人到400多人直至本次的600人,“步步高升”。

                毛明,作为陆战之王99A坦克的总设计师,在军迷心中拥有神一般的地位。

                他已经是人因工程论坛的“三朝元老”了。

                毛明承认,最初参会并不特别认同,制造武器的,任何时刻都是战斗力第一啊!从头听到尾,他发现很有收获,第二届人因峰会,他不仅来听,还派助手上台讲了陆战坦克的工效学设想。这一次,他不仅当了论坛的副主席,还作了20分钟的演讲;不仅赢得了隔行如隔山的各方专家的喝彩,变成了坦克战斗力设计的主场,而且掀起了如何在武器设计中更多考虑人因工程的讨论。

                “大家都知道,坦克越矮越好,那么在节约出来的有限空间,我们是给战斗员装一个空调,还是放一个厕所?是装更多的燃料,还是填上更多的炮弹?”毛明不断反问,在搞武器装备工程、设计的时候,我们迫切需要什么呢?是人机结合。

                他们已经在坦克里做了语音跟机器的结合。眼睛与武器系统的结合,战斗机做得很好。“我们的耳朵能不能用起来?我们的脑电,能不能跟机器结合起来?我特别渴望各位专家,把你们的生物学、医学、人体学,跟人工智能结合起来,应用到坦克的人机交互系统中,将我们原来简单的人机界面,上升到人和机器顺畅高效准确地交互,这是我们特别需要的。”

                对于战斗人员,活下来、打胜仗,与舒适宜人,是非此即彼的吗?通过优化界面设计,坦克中狭小的空间能更多的节约出来,陈善广向毛明建议,还是要给我们的坦克战士装上空调,“他们值得拥有”。

                北京理工大学生命学院院长、国际宇航科学院院士邓玉林教授也连续三届参加了人因论坛,他梳理了参会者的变化:第一届大家更多地还是在探讨人因工程到底是什么,属于科普阶段;第二届,学科的内涵相对来讲开始比较清晰了;到第三届,大家都在思考各自领域中,人和系统的整合,包括人体和系统整合,脑和系统的整合,“我们通过讲座和交流发现,人因工程给了我们有可能突破极限的新的思路和手段,那么它在科技创新中的重要性就树立起来了”。

                宇宙无限大的极限,系统的无限复杂性的极限,加上微观层面无限小的极限,构成了当今科学的最前沿。而一个载人航天系统,恰恰包含着最大最小最复杂的各种元素。

                正如原中国人民解放军总装备部副部长牛红光中将谈到的,载人航天任务涉及航天器、测控通信、发射回收等诸多方面,特别是有航天员的参与,使整个系统变得更为复杂,对人的安全性、操作的可靠性要求更高,可以说是一项极为复杂的系统工程。“中国载人航天工程走过了26年的历程,我们成功地组织了11艘神舟飞船发射,成功将11名航天员,14人次送到太空。组织了天宫一号目标飞行器和天宫二号空间实验室和一艘货运飞船的发射任务,都取得了圆满的成功。目前正在组织的空间站工程更是在全面贯彻人因的要求标准。这26年的实践,形成了具有中国特色的人因工程设计理念、方法和制度规范,也是人因工程在载人航天领域的应用典范。”牛红光说。

                航天人因工程在保证载人航天任务策划的科学合理性,提升人、信息加工和决策的可靠性,减少失误,优化人机功能分配和人机界面的设计,提高系统安全和效能等方面应该说发挥了重要的作用。

                如今,航天的人因工程理念和规范,既运用于大飞机、飞船、核电、高铁、军事装备设施等大国重器,也在努力地进入汽车制造、手机、鼠标、键盘等寻常百姓家的日常生活。

                巅峰战场:避免鲜血必须防患于未然

                有这样一个故事——魏文王问扁鹊,你们家兄弟三人,都精于医术,到底哪一位最好呢?扁鹊答:“长兄最好,中兄次之,我最差。”文王又问:“那么为什么你最出名呢?”扁鹊答:“长兄治病,是治病于病情发作之前,由于一般人不知道他事先能铲除病因,所以他的名气无法传出去;中兄治病,是治病于病情初起时,一般人以为他只能治轻微的小病,所以他的名气只及本乡里;而我是治病于病情严重之时,一般人都看到我在经脉上穿针放血,在皮肤上敷药手术,所以以为我的医术高明,名声因此响遍全国。”

                人因工程就是扁鹊的长兄。

                2000年时,中国煤炭产能是10亿吨,全国煤炭行业当年的矿难死亡人数将近6000人。国家能源集团总经理凌文院士回忆起当时的国家安全生产监督管理总局局长李毅中在矿难现场接受央视记者采访时的情景。李毅中当时声嘶力竭地说:“我们一定要管好煤炭的安全,我们不要带血的煤炭。”

                到2017年,我们国家的煤炭产量是35亿吨,矿难死亡人数是375人。下降了将近20倍,我们的死亡率也只是美国的四分之一,但是,谁都无法否认,这逝去的每一个矿工对那个家庭都是百分之百,都是家里的顶梁柱!

                人因工程引入煤炭行业是当务之急。

                从神华集团,到国家能源集团,尽管这些年死亡人数降低了很多,但是每年都有。而这些所有的事故,无一例外是人祸,没有一个天灾。“这个人祸指的是什么?明明有规程,有严格的操作要求,他就是不遵从!”

                凌文说,人因工程首席科学家陈善广的一句话让他突然间有所醒悟。陈善广说,如果所有的人都严格按照交通规则,那么我们的交通事故还会有那么多吗?去年煤炭死亡数字375人,从数据来论数据,建筑行业是煤炭行业的10倍,去年3800人,而交通运输行业是他们的100倍以上,几万人,为什么会这样?

                以往井下有井下的规则,有操作规程,所有的员工,所有的人按照这个规则来做。就像制定了法律,那么你假定所有的人都是好人的话,所有的人都是理性的话,都遵守法律,世界上就没有罪犯,就没有刑事案,也就没有警察、检察官、法官这些职业了。“我们不能指望所有的人都会自觉地按照规则来做,因此还是要遵循人因工程理念和方法以及人工智能技术来实现安全目标”。

                凌文在会上透露,现在我们已经建成了全世界第一座一体化控制的智能煤矿,是国际上最先进的。这种智能煤矿在我们的神东矿山,综合了地表卫星、采掘工程、环境监测、水文地质、人车位置、设备监控。

                比如,井下作业各个点、各个作业都被实时监测。工人戴着智能头盔,如果有违章作业,不按规程作业的立即能够提示出来。同时,管理人员可以随时联络终端,通过大数据系统下达多媒体的指令。

                最让人关心的是逃生。凌文介绍,一旦出现事故,每个矿工戴着的头盔都能提供一条最佳的逃生路线。就像地面人工导航一样,朝哪个方向跑,遇到瓦斯怎么办,煤尘怎么办,水冒顶怎么办?系统都会给以指示。

                凌文介绍,过去好多规范是不太讲人因的,比如说火车头,国家能源集团发出的货运机车66对,有几千名火车司机。但是我们国家的火车头上没有卫生间。

                “司机居然上了火车不敢喝水,因为没有卫生间,这有什么技术难度呢?”凌文说,相似的还有港口,吊车很高,司机下来一次要将近半个小时,没人替换就没法作业了,所以一工作就是8小时。他们吃的东西可以带上去,但是没有卫生间。“这样的设计本身就没有考虑到人的最基本的生理需求,还别说开心不开心,满意不满意,舒适不舒适。后来我全部改了,必须做卫生间,这是很简单的事情”。

                他们现在工矿巡检已经用上了机器人,原来完全靠人。“这个机器人特别有意思,所有的巡检保证铁面无私,巡检工作结束后自己插到底座上去乖乖充电。”凌文介绍。

                今年春节前,大渡河流域的智能系统发出预警——某地要发生大面积的山体滑坡。得到通知,地方公安把路都封起来,48小时后,灾难发生。如果没有这个预测,很可能发生群死群伤事故。“我们上了这个系统之后,当地所有的地质灾害就没有出现过问题。”凌文说。

                国家应急管理部研究中心也与人因工程实验室有深入交流,中心副主任贺定超也是国家安全方面的专家。

                他给大家分析了一组数据,通过统计1980年到2000年2000多起造成死亡事故的案例,人为因素导致事故发生的占比达到97.6%;从2001年到2010年各类事故原因中,人为因素占比仍高达94.09%。上个世纪事故原因,其中管理失误和故意违章导致的占到45%左右。而其中90%是由工人、操作人员的违章还有管理造成的。还有设计方面的因素又占了7%左右。2001年到2010年发现违章的事故降低10个百分点,但是管理没有跟上,相比之下管理的占比增长到55%,而且设计缺陷没有得到根本的改善。

                贺定超又分析了建筑行业发生的事故。因为建筑行业是我们国家的支柱产业,大概有5000万的从业人员,80%都是农民工,点多面广、很分散,跟人的因素更直接。建筑行业从2016年到今年上半年事故呈现上升趋势,国务院专门开会,督促有关部门和企业如何防控建筑行业的安全事故。他通过对6000起建筑行业的事故进行分析,发现一天中从早上8点到12点,事故发生曲线呈马鞍形,到10点的时候事故是高峰期,下午从4点到晚上10点也是事故的高峰期。

                从全年的事故分析来看,2月最低,因为春节基本上停工、放假,3月全国两会之后开工,事故呈现上升的趋势,到了旺季八九十月事故发生达到峰值。

                他认为,过去我们工作中心是追究责任和进行处理,对事故深层次的原因以及根源的分析远远不够。

                去年唯一一起30人以上的特别重大的交通事故,也反映了我们人因设计缺失的问题。当时,在从西安到秦岭隧道的路上,高速公路是3条车道,到了秦岭隧道口变成两条。路上没有很好的指示,长途驾驶员都会有一点疲劳驾驶,导致了30多人死亡。

                面对这些惨痛的教训,贺定超在会上提出,希望将载人航天成熟的人因经验和做法推广到全国的其他行业和领域,减少事故防患于未然。

                空军研究院的刘永坚院士对人因研究也提出了类似的希望,他指出,空军飞行员由于人的心理和误操作方面引起的事故率“还真是不低”,在空中高机动、高速作战的情况之下完成预定任务,如果人和设备交互不好,肯定完不成预定任务,打不赢胜仗。

                核电安全大于天,中广核的副总苏圣兵提出,他们现在建了核卫士,通过历史数据的积累提前预判事故什么时候出现,不能坏了再来修,才来干预,要提前预防,人因工程就是“要治未病”。

                布局未来:在传承中开拓创新

                与前两届不同,本次论坛开辟了青年学术沙龙,由最强大脑点评嘉宾魏坤琳(DR.Wei)作为主持,嘉宾有清华大学、百度、阿里巴巴、快手等研究人工智能的年轻科技人员。沙龙虽然是晚上开的,可前来参会的年轻人十分踊跃,报告厅座无虚席。

                “很高兴看到这么多年轻人关注人因工程,同时也感觉自己年纪大了,我们应该考虑让更多的年轻人来研究人因工程,勇挑重担。”1969年出生的刘旺是航天员中唯一一位人因工程博士,第一届时,他是以航天人因工程的受益者身份出现的,第二届开会他获得了博士学位,这次,他已经是少将。

                “早在空军学院念书的时候,我就对战斗机机舱的工效学很感兴趣”,而他在浩渺太空进行手动对接的经典案例,成为他自己研究自己的学术实践。

                张万欣在还是小姑娘的时候,跟着陈善广等专家一起做“飞天”舱外航天服,而现在,她已经是空间站舱外服的设计主力。同时,她肯定地告诉记者,她也会在职业生涯中迎来月球航天服的设计制造。

                一个人,在广阔无垠的太空是多么渺小,而舱外航天服相当于一个小型载人航天器。人因工程的理论、实践必须全程贯注其中。

                当年翟志刚首次出舱,只用了半个小时不到,而他的航天服能持续在舱外工作4个小时。

                为服务于空间站的修理,现在二型飞天服的自主工作时间必须提高到8个小时。张万欣介绍,适体的前提下,他们改进了航天服关节设计,在增加活动角度的同时,减小阻力矩。以便让航天员工作时更省力,可达域更大。

                她介绍,到时候,太空舱每90分钟就会绕地球一圈,阳照区温度高达100度以上,而到了阴影区,温度又掉到零下100度以下。这出舱工作的七八个小时,环境极其艰苦,航天员可谓要经历几个来回的“寒来暑往”。所以航天服内环境温度必须稳定可控。

                到了距离地球38万公里的月亮上,又是完全不同的工作场景。登月服应该什么样?

                “首先要减重,月球有重力,在空间站不用行走。”张万欣解释,登月服下肢的活动性变得非常重要。

                嫦娥三号带回来的信息表明,月尘——土壤形成的微小尖锐颗粒,对服装危害很大。太空并不像我们想象的那样充满科技感和诱惑力,月面的荒蛮环境非常不利于航天员的活动。

                同时,月面极冷极热更加严重,在阳光照射下,达到300度,另外半个月在阴冷的零下180度。如果登月服没有达到热平衡,热控设计很难。

                一方面,他们完全拿不到美国登月服装的资料,另一方面,新的科技发展,新世纪的登月活动也会是另一番景象。

                张万欣描述,航天员的活动将是人机联合的状态,依靠月球车机器人的综合系统,人机协同共同完成任务。

                人将会指挥月球车走的更远,采集样本运回月面工作站,提高工作效率,减少人的工作消耗。人只在必要条件下判断,基本操作和维修操作才会作为实施主体。车还给提供能量保障。携带消耗品。能量需求,充电装置放在车上。给月球服补充能量。

                登月服的通讯能力会非常复杂和高效,它既要保持和月球基地的联系,与月球车要联系,也要与地面同时保持连线,同时,月球车与轨道舱之间也要时时组网通信和进行定位。

                他们正在研究登月服中的脑控技术。过去服装内的温度控制是手动调节的,将来温度调节由脑控来实现。热的脑电信号采集到后,输入系统,让登月服完成温度调节。

                当大众脑海里还是美国宇航员在月球的微重力下如慢动作般的太空步,我们的航天科技人员已经在考虑依靠助力系统,也就是外骨骼,帮航天员灵活走路节约体能了。

                当人们忘记杀人机器的惊悚场面,只畅想航天员走向深空的惊世创举时,未来还是充满快意和期待的。

                播撒火种:人因工程让未来可期

                在从早8点半到晚上10点半的紧张会议进程中,组委会专门拿出时间,请航天十二院的薛惠锋院长致敬航天之父钱学森。

                在座的院士既有钱学森的弟子也有后辈。当他们成为一方权威,却更加崇敬钱老的系统工程思想。

                这套理论方法以处理开放的复杂巨系统为目的,以“从定性到定量的综合集成研讨厅”为技术手段,在服务国民经济和社会发展的重大问题决策上,取得了经世致用的一系列重要成果。

                薛惠锋院长指出,战略上如果没有系统工程的“根与魂”,就没有人因工程的“叶与果”。系统工程的基本特征,就是“涌现”,放到技术创新上,就是改变单项的奋起直追,推动系统的集群突破,“用不完全可靠的元件能够组成高可靠的系统”“用不是最优的局部组成最优的系统”,实现“整体大于部分之和”,发挥出“1+1>2”的系统特性。

                载人航天工程总设计师周建平认为,上个世纪,钱学森倡导以人为本的人机环境、系统科学思想和理念,是播撒了火种;今天,连续三届的人因工程高峰论坛也是在播撒火种。

                从2009年钱学森去世,对钱学森之问的各色解读不胜枚举。

                中国的国力发展到今天,既在很多方面存在明显差距,也拥有了赶超和领跑的实力与底气。面对人类发展的共同困境和竞争压力,我们该怎么办?

                陈善广指出,当今世界看起来科技发展是无尽头的,我们似乎已经行进到了人类发展的重要关口,需要重新审视自己。“不要因为自己走得太远,忘了我们为什么出发”,不管科技如何发展,让科技的发展回归到以人为本的初衷,这是最重要的。

                组委会选择在湖南开这个会的意义,是取湖湘之地以天下为己任、敢为人先、上下求索的精神源动力,我们拥有后发优势,站在西方科技的巨人肩膀上,也要从我们生活的土地中汲取属于自己的发展动力,“天人合一是道,自然和谐是道,其实自然是我们人类最好的老师,可惜人类却往往忽视了这一点。”陈善广如是说。

                中国青年报·中青在线记者 堵力 来源:中国青年报


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