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广州科普大讲坛第196期 | 技术再升级,大湾区发展未来可期

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说到近一年来的热词,“元宇宙”“新能源”榜上有名。数字科技渗透到大众生活的方方面面,虚实互联、智能泛在的未来不再只是科幻电影的场景,而是可预见、可实现的。人们对美好生活的向往推进各项科学技术创新升级,前沿科技又在不断塑造新的生活方式。“十四五”规划和2035年远景目标纲要提出,支持粤港澳大湾区形成国际科技创新中心。目前粤港澳大湾区正力争成为全球重大科学发展、原创技术和高新科技产业的重要策源地。

目前大湾区有哪些前沿科技值得关注?这些科技将会对我们的生活产生怎样的影响呢?2022年8月12日,由广州市科学技术协会、广州日报社主办,广州市科学技术发展中心、广州市广播电视台承办的广州科普大讲坛第196期——“湾区前沿 科技创未来”开讲。

XR增强现实技术顾问戴铭岑,中国电信研究院移动与终端技术研究所总监魏垚,巨湾技研首席科学家、电池研究院院长毛文峰博士,分别从XR技术、网络技术发展、新能源电池技术突破等方面,聚焦大湾区科技创新,为公众介绍更数字、更智能、更具发展潜力的前沿科技,推广更可持续、更低碳的生活方式,在传播科学知识、方法的同时,紧贴大湾区科技发展脉搏,为大众揭秘湾区腾飞的强大引擎,展望美好未来。

虚实融生 元境时代——元宇宙技术与生活

热词“元宇宙”背后到底有何奥妙?戴铭岑介绍,元宇宙本身包括两个部分:“实的现实世界”指我们现实社会中所看到的真实的现实世界;“虚的虚拟宇宙”指虚拟的、由计算机模拟出来的环境。他认为,元宇宙诞生于体验经济,它本身是一个工具,旨在为人们的生活提供一种便利性的服务。XR技术最具代表性、目前最领先、也是最广泛使用的两种产品技术,分别是VR(虚拟现实技术)和AR(增强现实技术)。这二者加上人工智能、数字孪生,以及一整套生态的解决方案,就构成了XR的应用场景。

(主讲嘉宾戴铭岑)

谈及XR近几年的发展状况,戴铭岑引用了一组2021年VR/AR在各场景渗透率数据。数据显示,VR/AR在医疗健康领域的渗透率达到了38%,教育、劳动力培训、生产制造领域紧随其后,分别是28%、24%、21%。2022年,它们围绕着发展、合规、生态及价值这四个维度开始蓬勃发展。戴铭岑指出,XR的应用场景是非常广阔的。在公安领域,它可以快速精准地排查车辆、人员,进行现场警情处理,达成空地一体化指挥;在航空、制造领域,它能进行远程协作、远程设备操控、生产现场检测、设备故障诊断等;而在最贴近普罗大众的教育领域,VR教学可以把往常只能通过三维模型来展示的化学学术名词变得更加生动,从而帮助学生理解运用。

“但我们也应看到,XR发展也存在着技术发展的核心难题,包括显示和计算。”戴铭岑解释,显示的重点是需要让人所看到的环境真实可靠,但比方说现在有些设备戴上之后,人会有晕眩感,这其实就是还有技术问题尚待解决。除此以外,XR还有笨重体积大、可视范围小、不透光等难点;在计算方面,前端运算慢、物体识别慢,识别不准确、空间定位不准确等,都是掣肘XR技术发展的因素。

展望未来,戴铭岑认为,XR的应用场景将愈发广泛,包括将进一步利用数字技术,实现跨部门数据连续性,促进全球化部门合作,增强人员能力;智能技术则可提升工业生产价值,取得与众不同的瞩目成绩;专家远程指导将实现辅助安装、维修、展示及培训等。

网络彻底地改变了大家的生活方式,借助网络我们实现了人与物、物与物的互联互通。在数字未来,网络不但是人们从现实生活进入虚拟世界的必然途径,也是支撑数字世界内外部数据共享、实时交互乃至场景连接的关键基础。一同来听听中国电信研究院移动与终端技术研究所总监魏垚博士关于下一代移动通信技术的研究分享。

万物智联、数字孪生——6G展望

科技的更新换代总带给我们更快、更畅爽的体验,网络从1G到5G,可以说是经历了翻天覆地的变化。魏垚介绍,每一代的网络升级,从它的孕育,到技术的成熟、再到产业链的推进,最后到商用落地,大约需要十年的时间。他预告,6G的网络将在2030年来到我们的身边。魏垚指出,6G更多体现的是万物智联,人们将从万物互联转向万物智联。这其中加入了AI(人工智能)、数字孪生,以及空天地海一体化的能力。

(主讲嘉宾魏垚)

魏垚介绍,根据国家IMT-2030(6G)推进组发布的《6G典型场景和关键能力》白皮书,6G的场景有了这样的定义:它从原来5G的三大场景向外扩展了通信与感知融合的能力,内生了人工智能的能力。我们对6G的认识及定义就是五大场景,包括超级无线的宽带场景、超大规模连接场、极其可靠的通信场景、通信和感知融合场景以及普惠智能服务。前三者其实是原来5G三大场景能力的进一步扩展;另外扩展的通信和感知融合的场景,则是因为未来的通信可以用更高的频率,如太赫兹、毫米波等,在如此高的频率上,它能产生一定的感知能力。另外6G还内生了普惠智能服务,助力6G成为更有智慧的网络。

提到6G的五大场景未来能为我们的生活带来怎样的变化,魏垚甚是兴奋。他介绍,第一,超级无线宽带的场景中,Tbps(兆比特)速率、全球无缝的覆盖能为沉浸式的云XR提供支持,同时这种多维感官交互的能力、全息通信,让人和人之间的通信有沉浸式交互的能力。而且,未来这种多维感官交互包含了触感、味觉、听觉、嗅觉等等的感官交互,从而能让人真正地沉浸在这个虚拟的网络世界里。第二,6G有极其可靠的通信,有多可靠呢?它的超低时延达到了亚毫秒级,超高可靠性高达99.99999%。魏垚解释,这意味着传输一千万个数据,只丢失一个的超高可靠的能力。它使得6G能在自动驾驶、机器控远程控制、远程手术、人机实时交互等方面进行准确可靠的细微操作。

第三则是到2024年,6G网络预测终端的连接数有90%以上来自于物联网终端,而物联网终端大部分为超大规模的连接,远超人与人之间的连接。人们能把这个终端设置在城市里,用于监测车流量密度、环境、温度、湿度、人的数量等等,随后把这些数据传输到计算机网络中,再通过计算机模拟把城市模拟出来,使得它在计算机内有一个物理世界的数字镜像。大规模的连接数越多,孪生城市的真实性越高。我们能通过计算机模拟的孪生城市预测未来,以此增强城市管理的能力。另外,通信感知融合能力和普惠智能服务,也将大大提高人们的幸福感和获得感。

在“双碳”背景下,新能源汽车在近几年迅猛发展。但是对着这个新事物,大家还是有许多关心的问题,比如说电池的安全性如何保证?续航能力是否能进一步提高?不同的能源电池各自有什么优势?新能源电池除了用在汽车上,还可以应用在其他领域吗?下面听巨湾技研首席科学家、电池研究院院长毛文峰博士为大家一一解答。

电动汽车的XFC极速充电技术有多厉害

受环境保护、技术进步和能源安全重视程度等因素影响,国内、国际新能源汽车增长进入快车道。但充电难、充电时间长等技术性问题,诱发了不少人的“里程焦虑”和“充电焦虑”,使他们对新能源汽车望而却步。那目前是否存在技术创新,能让新能源汽车的用户体验和基础设施变得像加油一样完美便捷?毛文峰为大家介绍了一种新的解决方案:极速充电 (XFC)。它是电动汽车产业跨越发展的关键赋能技术,已成为EV(纯电动汽车)产业国际竞争的焦点。

他介绍,XFC技术是一种电动车极速充电技术,其最重要的特点,是让新能源汽车在十分钟内充电的电量,足以令自身续航达到320公里以上。这样对用户而言,使用体验很可能就会像燃油车一样。毛文峰解释到,燃油车的使用者在油箱用空之后,能非常便捷地找到一个地方、并在几分钟之内完成加油,因此是没有太多焦虑的。所以,XFC终极的目标是使得用户在使用新能源车的过程中也不存在里程焦虑。

(主讲嘉宾毛文峰)

快充技术为何能改变新能源汽车的使用现状、“终结”使用者的充电焦虑、解决用户和运营商的痛点?毛文峰举例,假设新能源车辆的续航公里数为500公里,若电量耗尽后能迅速补能,人们就不需要一辆续航1000公里的车了。而500公里续航里程车所配备的电池与1000公里的相比,有着巨大的价格差异。因此,对用户而言,实现了极速充电后,他们的充电焦虑、里程焦虑都实现了有效的舒缓,且购车成本、使用体验都有质的改变。

毛文峰认为,XFC技术要实现、要落地,关键在于探索一种全方面的解决方案,包括电池、车的系统以及充电桩,都需要具有这种技术能力,而其核心就在于电池。XFC需要在短时间内充进大量电量,因此,它对于电池有着高功率密度、高能量密度、足够的循环寿命以及高安全性等一系列高标准要求。毛文峰指出,XFC技术之所以在充电过程中很难实现,是因为短时间内需要有大量的锂离子从电极的一极转移到另一极。在这个过程中离子能否有效、迅速地转移,以及转移到另一极之后,能否快速地完成化学反应,避免电池里边出现的一些根本性问题和安全隐患,是整个技术的重难点。

针对这一关键问题,毛文峰分享的解决思路、方法也相对直观:一是使得离子扩散的速度增加,而另一种则是把通道打通。他指出,我们可以在负极的表面会增加一些其他物质,使得离子能够顺利地通过界面,进入到负极材料里,这样能避免金属体在负极表面的析出;亦可以使用一种多孔电极,这种电极的迂曲度改变后,能使离子迅速地通过电解液,进入电极材料里;又或者在电极的表面改变电解液的组成,使得通道扩宽,同时到了电极表面之后,它的离子也能更容易地进入表面。这些改变均能解决XFC在充电过程中,电池所面临的问题。

毛文峰对XFC技术的研发和未来充满信心,他提及,目前的技术已经能够实现在五分钟之内充电50%,且在保证这种特性的同时,电池依然具有非常高的安全性和耐久性。与此同时,除电池外,整车平台以及搭载的快充充电桩都正加快技术研发步伐。他希望,这种技术能尽早为大家所使用和接受,也能真正地为大家带来充电就如加油一样快的极致体验。

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