世界患者安全日|“银发浪潮”下的挑战:科学如何管理围术期

2024年9月17日是第7个“世界患者安全日”,今年的主题是“改善诊断,促进患者安全”。“世界患者安全日”的目的是为增进患者安全,提高公众意识和参与程度,增强认识,促进全球团结互助。世界卫生组织向全球卫生界发出倡议:让我们携手共进,为提升医疗安全而努力,确保每一位患者都能在安全的环境中接受精准的诊断与治疗。

根据中国民政部发布的《2023年民政事业发展统计公报》,截至2023年底,中国60周岁及以上的老年人口达到了29697万人,占总人口的21.1%。标志着中国已经正式进入中度老龄化阶段。国家卫健委老龄司司长王海东预测,到2035年左右,中国60岁及以上的老年人口将突破4亿,占总人口的比重将超过30%,进入重度老龄化阶段。

与此相应的是老年手术患者的数量亦不断增加。研究表明,做好围术期管理能够显著降低患者术后并发症的发生率,从而改善患者的整体预后。并且能优化医疗资源的利用,提高医疗服务的效率,减少不必要的医疗支出。

什么是围术期?

围术期是指患者在接受手术治疗的过程中,从手术前的准备开始,经过手术本身、到手术后的恢复这一整个时间段。围术期管理是现代医学中不可或缺的一部分,其核心目标在于通过对患者的全面评估与管理,降低手术风险,提高手术成功率。

老年手术患者面临的高危因素一般有:

1、生理心理因素及并发症:老年患者随着年龄的增长,身体的各个系统逐渐衰退,包括心血管、呼吸、肾脏和免疫系统等,他们的身体状况往往较为脆弱,术后恢复能力较差,容易出现并发症,如肺炎、心脏事件和感染等。

2、老年患者的合并症多:常见的合并症包括高血压、糖尿病、慢性阻塞性肺疾病和心脏病等。这些合并症不仅增加了术中并发症的风险,还可能导致术后恢复时间延长和并发症发生率升高。

术前手术风险预警的最新措施

运用多种工具在术前甄别出高危患者,可以提高老年患者围术期的安全性。

1、个性化风险评估工具的运用:通过分析患者的个体特征、健康状况、历史数据以及其他相关因素,提供个性化的风险评估,以辅助医疗团队做出更合适的手术决策。

某医院术前风险评估表。本文作者供图

2、人工智能辅助评估及预测模型:手术风险术前评估系统(SURPAS)的研发运用:通过输入7个变量(主要手术类型、患者年龄、功能状态、ASA分级、住院/门诊手术、急诊手术、外科医生专业)来准确预测11种30天术后并发症的风险,包括死亡率、总体发病率、非计划再入院、感染、尿路感染、肺部并发症、肾脏并发症、心脏并发症、输血、静脉血栓栓塞和中风。

在急诊手术中,SURPAS与美国外科医师学会手术风险计算器在死亡率、尿路感染、心脏、静脉血栓栓塞和肾脏并发症方面的预测结果相似。然而,SURPAS在总体发病率的估计上更为准确(24.88% vs 16.04%),而传统方法低估了发病率。

3、肿瘤预测 TORCH模型:对于一些难以寻找原发病的肿瘤,科学家们发明了一种基于细胞学的深度学习模型,用于预测肿瘤原发位置,提高肿瘤诊断准确性。这个模型在内部和外部测试集上展现了良好的预测性能,有助于推动个性化癌症治疗的发展。使得术前有更明确的诊断避免手术盲目性,减少了误诊对老年患者的伤害。

TORCH模型框架。本文作者供图

术中降低老年患者手术风险的新技术

近年来以机器人辅助手术及血管内介入治疗为代表的微创手术不仅缩短手术时间,在精准治疗病灶的同时,减小了手术范围,保留了周围组织的正常功能,大大降低了并发症,加速了术后康复的过程。

1、机器人辅助手术:作为一种新兴的外科技术,近年来在围术期管理中得到广泛应用。与传统手术相比,机器人辅助手术具有更高的精确度和灵活性,能够在复杂的手术中提供更好的视野和操作能力。研究表明,机器人辅助手术在结直肠癌、肾癌、肺癌等手术中,不仅能减少术后出血等并发症的发生,还能缩短恢复时间和住院时间。此外,机器人手术的学习曲线相对较短,使得外科医生能够快速掌握这一技术,提升手术效果。

机器人辅助手术控制系统主要构成。本文作者供图

2、实时影像导航技术:是一种利用实时影像数据来引导和优化操作过程的技术,在手术中使用CT、MRI或超声等影像技术进行实时导航,提高手术精确性,减少对周围健康组织的损伤。该领域方向中,以机器人辅助支气管镜磁导航系统(支气管镜手术机器人)备受关注。

截至目前,中国仅有两款获批的经自然腔道手术机器人产品,即强生Monarch和直觉医疗(Intuitive Surgical)的Ion。以Ion系统举例,包括了一个超细的人控机器人导管,可以让医生进入难以到达的呼吸道。而它的形状感应技术,每秒数百次测量导管的整个形状,以便磁导航系统的操作员在整个导航和活检过程中获得精确的位置和形状信息。最终,完成以无体表创伤的方式进入难以触及的狭窄病灶空间,对肺部微小结节等癌症早期病变的早诊早治具有重要意义。目前,支气管镜手术机器人的临床及验证工作正稳步推进中。可以预见,其在临床的进一步推广能使患者特别是老年患者的手术创伤降低更低。

Ion支气管导航操作控制系统。本文作者供图

 3、术中监测技术:如脑电图、心电监护等,能够实时监测患者的生命体征,及时调整手术方案。目前较新的工具如:细胞级精准手术技术,术中显微镜EndoScell,适用于脑胶质瘤手术,可以在术中精准甄别胶质瘤病变部位,减少正常脑组织的损伤。术中帮助医生精确识别肿瘤,实现精准化手术,提高患者术后生存质量。  

EndoScell在体实时图像VS HE图像(40X)。本文作者供图

术后老年患者康复技术最新进展

老年患者的恢复较慢,需要更细致适老化的监护措施,提高依从性。近年来随着可穿戴系统和远程监测系统的发展,在老年患者围术期中展现了良好的运用前景。

1、可穿戴智能监测系统:柔性可穿戴传感器,是一种将电子技术与柔性材料相结合的高舒适化监测技术。可以实时监测心率、血压和血氧饱和度等关键生命体征,这些设备的舒适性和便携性使得老年患者能够在日常生活中轻松使用。

可穿戴式皮肤氧含量传感器,融合Lumineant gas sensition技术和Soft电子技术的Wearable Transcutaneous Oxygen Sensor,可用于与末梢毛细血管相关的所有疾病的诊断和治疗。本文作者供图

2、预警系统:多种远程预警系统正在逐步进入临床运用。它们基于自适应阈值的报警策略,可以根据患者的历史数据自动调整警报标准,从而减少误报和漏报现象,提高临床反应的及时性。研究表明,实施有效的预警系统可以显著降低老年患者的并发症发生率,提高生活质量。例如当血压突然升高或心率过快时,系统会及时发出警报,提醒医护人员采取措施,防止发生危险。 

单导动态心电记录仪,能捕捉十余种心电异常,24h无接触实时动态监护提醒,HPV智能分析,压力、疲劳智能管理,人工智能辅助诊断,能有效预防和发现心脏疾病隐患。本文作者供图

(作者张曌,系复旦大学附属华东医院手术室护士长,副主任护师,主要研究方向包括:达芬奇手术机器人的护理操作、音乐疗法在手术室的应用等;作者曹楠,系复旦大学附属华东医院手术室主管护师,研究方向包括:适老化护理在手术室的应用、围术期感染的护理控制等。)

参考文献:

1.Kim S, Kim DS, Soh JS, et al. Clinical characteristics and prognosis of elderly patients with colorectal cancer: Comparison between surgical resection and supportive care. Medicine (Baltimore). 2021;100(7):e24609. doi:10.1097/MD.0000000000024609

2.Knaak C, Wollersheim T, Mörgeli R, et al. Risk Factors of Intraoperative Dysglycemia in Elderly Surgical Patients. Int J Med Sci. 2019;16(5):665-674.

3.Widder A, Kelm M, Reibetanz J, et al. Robotic-Assisted versus Laparoscopic Left Hemicolectomy-Postoperative Inflammation Status, Short-Term Outcome and Cost Effectiveness. Int J Environ Res Public Health. 2022;19(17):10606.

专访|向量数据库Zilliz创始人星爵:非共识到共识的创业之路

·“中国企业如果要在未来的几十年里实现更大的发展,SaaS类企业服务的崛起是必然的。如果企业服务无法崛起,中国难以参与全球顶尖的竞争。”

·“如果外部环境变化就能让你改变方向,那并不是真正的相信自己。改变方向只会让你失去自我。”“即便在两三年前我们已经融到了1.1亿美元,拿到了顶级投资人的钱,是中国基础软件领域融资最多的公司之一,但那时候市场上几乎没有人相信我们。”2017年,在数据领域工作了15年后,星爵观察到了一个现象:大量的非结构化数据一直未被有效地处理和利用,传统数据库如Oracle等公司通常处理的是结构化数据。于是,他决定从硅谷回到中国创业,成立了向量数据库公司“Zilliz”。不过那时OpenAI也刚刚创立两年,距离大模型掀起新一轮人工智能热潮还需要再等五六年,市场上几乎没有人相信他们,“(创业)前五六年,向量数据库基本上属于聪明人看不上也不愿意做的事。”日前,在接受澎湃科技采访时,星爵回忆说。

向量数据库公司Zilliz创始人谢超,星爵为其花名。

直到2023年,创业之路迎来了一个重要的拐点,ChatGPT将大模型推上了人工智能的主流。“和以往的模型相比,大模型对数据的依赖程度更高,它完全是由数据驱动的,数据变得更加重要。”

七年时间,向量数据库作为AI的基础设施,从幕后走到了幕前,非共识成为了共识。“过去一年多,很多公司都在进入向量数据库这个领域,甚至一度有两三百家数据库厂商将自己定位为向量数据库公司,有些人两三个月前还不相信的东西,突然特别相信了。”星爵说。

科技的发展速度超过了很多人的想象,但始终坚定并非易事。从市场幽微时刻出发,一路行至光明时刻,在星爵看来是一种极富英雄主义的坚持。在Zilliz成立伊始便定了一个规矩,新成员加入时要选一个英雄的名字作为自己的花名,本名谢超的他选了漫威宇宙银河护卫队中的英雄“星爵”。

大模型只是应用场景之一

在过去多年的互联网发展过程中,结构化数据的处理占据了主流。所谓结构化数据指的是一种使用预定义和预期格式的数据,其字段、存储、输入、查询、分析等相对固定,典型代表如电商场景中的交易数据,其金额、购买信息等都会有严格的字段定义。

而非结构化数据则恰恰相反,它的结构不规则或不完整,没有预定义的数据模型,很难用数据库二维逻辑表来表示的数据,常见的包括语音、视频、图片、文本等。大家通常认为,这类非结构化数据比结构化数据量大很多,占到所有数据总量的80%,但却很难被处理或分析。

相较于市场上已经发展了二三十年的结构化数据处理工具,非结构化数据处理的工具并不完善,往往需要投入很大的算力和存储资源,譬如要在上百部电影中找到特定画面,检索过程非常复杂且庞大。因为成本过高,导致很多非结构化数据的价值没有被充分挖掘。

“进入人工智能时代后,机器可以代替人来处理这些非结构化数据,如果能够有效利用这些数据,将是一个巨大的机会。”Zilliz主打向量数据库,一种专门为AI打造的处理非结构化数据的存储系统,用于处理非结构化数据的软件工具。复杂的非结构化数据一般需要通过AI模型转化成向量,然后存储到向量数据库中进行分析,才能进一步挖掘其蕴含的价值。

“事实上,大语言模型只是向量数据库的一个应用场景,并不是唯一的应用。从2018年开始到2022年,中国的主流科技公司几乎都在使用我们的产品,尤其是在互联网搜索和广告领域,虽然看起来没有那么酷,但它们仍是我们产品的重要应用场景。”星爵说。

比如用户在电商场景中搜索面包,如果仅以关键词维度进行搜索,那么吐司、贝果、欧包等面包的细分品类,就可能被忽略。但在语义和向量维度,它们之间具有极高的相似度,以向量为依据进行搜索更符合现实场景中的用户需求。

向量数据库需要考虑如何将历史海量数据做好向量化,如何构建索引、过程中如何做存储,如何兼顾语义查询和精准查询。经过五年的打磨,Zilliz旗下开源产品Milvus已经成为全球最受欢迎的开源向量数据库之一,基于Milvus的全托管向量数据库云服务Zilliz Cloud也于2022年11月正式发布商用版本,并先后实现全球五大云19个节点的全覆盖,成为全球首个提供海内外多云服务的向量数据库企业。在不久前发布的全球知名研究公司Forrester Wave™ 向量数据库报告中,Zilliz获评领导者象限最高分,在向量维度、向量索引、性能、可扩展性等多个角度得到专业认可。

但在星爵看来这只是个开始,算力、算法和数据是人工智能的三大技术支柱,“如果说算力是火箭的机体,那么算法是控制系统,数据是燃料,虽然每一轮计算机技术的革命都是从硬件开始,然后是算法的进步,但数据才是最核心、最有价值的资源。”大模型为数据提供了一个很好的载体,同样在大模型时代,数据也变得更加重要。

“AI在不同的发展阶段有不同的表现方式,比如五六年前,AI的表现可能是传统的小型卷积神经网络模型。随后,Transformer的出现,再加上scalinglaw等产业规律的存在,有了大模型。除了语言模型,也有视觉模型或其他类型的模型,并逐渐发展成为统一的多模态模型,既可以处理语言文字,也可以处理视频、音频。”

真正的“高光时刻”还未到来

大模型的走红带火了向量数据库,但星爵认为,向量数据库真正的“高光时刻”还未到来。

当前AI领域的发展还没有到真正的爆发阶段。“过去6到8个月中,AI领域正处于爬坡阶段,虽然整体效能有所提升,但尚未达到理想水平。在技术层面,大模型依然面临瓶颈,这一瓶颈可能持续三个月、三年或更长,具体时间难以预测。”

大家都在寻找理想的应用载体,以便将AI与其他技术结合,创造更大的效益。星爵认为,当前AI的发展仍在寻找价值、创造新机遇,市场层面需要找到新的价值点。很多公司对AI的认知不够。“他们常常寻求帮助,却不清楚自己想解决的问题到底是什么,有些找到我们的客户甚至还不了解行业是如何细分的,什么样的问题该找哪类供应商。”

不过,他对中国AI市场的未来发展仍然乐观,“虽然在中国市场,我们经历了很多挑战,但我们依然不愿意放弃这个市场。在AI应用层面,中国并不会落后,中国公司在应用反应速度和执行力上具备优势。在上一代移动革命时期,中国公司在应用方面表现出色。”星爵认为,这一出色的表现仍然会延续至AI时代。

虽然SaaS服务在中国市场一直面临营收难题,但在星爵看来,中国企业如果要在未来的几十年里实现更大的发展,SaaS类企业服务的崛起是必然的。“如果企业服务无法崛起,中国难以参与全球顶尖的竞争。”

“真正的高光时刻应该是当出现第一家营收超过10亿美元、估值达到100亿美元的公司。”而创造这个高光时刻的公司可能会是类似Zilliz这样的独立创新公司。

伟大的机会往往都是反共识的

向量数据库火出圈后,经常有人问星爵,“为什么是你们跑出来了?做对了什么?”

“伟大的机会往往是反共识的”。当大多数人都不看好一个方向时,正是创业者坚持信念的时刻。星爵表示,最初选择创业是出于自己从事数据工作多年后的技术直觉,“我在数据领域工作了很长时间,知道当下市场的需求已经可以通过技术的手段去满足。如果不是长期从事数据库工作的人,可能无法说服自己相信这项技术已经到了拐点。”

在创业之前,星爵已在数据领域工作近十五年,处理非结构化数据一直是工作中棘手的难题。但深度学习技术的出现让他意识到这是一个重要的技术变量,使得非结构数据的处理问题变得可以解决。

“相信自己”被星爵认为是一个创业者必须具备的第一要素。“很多人不敢行动,首先是害怕失败,其次是不相信自己,相信自己是一件非常困难的事情,需要对自己的判断和直觉有高度的信任。”在大模型带火了向量数据库后,很多从事传统数据库的人开始转变思路,从不相信到相信,但在星爵看来,“如果外部环境变化就能让你改变方向,那并不是真正的相信自己。改变方向只会让你失去自我。”

虽然坚信终点一定可以抵达,但何时可以抵达并不确定。在创业过程中,星爵也曾遭遇融资困难熬不下去的时候,所以他觉得理想主义对于创业者来说也不可或缺,“如果想要更快地发展可能需要追求短期利益,但只有具备理想和长期愿景,才能更早地进入一个市场,并坚守这一领域。只有坚持和熬过困难,才能取得成功,好的机会往往是反共识的。”Zilliz今天能够在细分领域里获得领先,在星爵看来,完全得益于“起步更早,吸引了更多优秀的人才”,“如果我们进入市场的时间晚了,就根本没有机会了。”

特斯拉发布会上的机器人被指靠人远程操控完成动作

上周,特斯拉在“We, Robot”发布会上展示了其人形机器人Optimus。发布会上的Optimus可以与客人玩游戏,还能伴随着音乐跳舞,最令人惊讶的是,他们甚至会和客人打招呼、说话。

然而,日前多家外媒指出,这些与观众完成互动的Optimus机器人部分功能实际上由人类远程操控。此外,由于发布会缺乏技术细节和具体时间表,让分析师和投资者感到失望。澎湃科技(www.thepaper.cn)注意到,受此影响,特斯拉股价在发布会后大幅下跌,市值一夜蒸发近670亿美元,约合人民币4700亿元。

Optimus机器人依赖人类远程操控 

科技媒体The Verge指出,有明显的证据能够证明,Optimus依赖于人工远程操作。比如,这些机器人都有不同的声音,它们的回应非常迅速,并且配合了相应的手势动作。

上周发布会亮相的特斯拉Optimus机器人

不过,特斯拉似乎并没有刻意让人们觉得Optimus机器人是完全自主行动的。在一段视频中,当参会者罗伯特·斯科博(Robert Scoble)问其中一个Optimus机器人有多少是由AI控制时,Optimus的声音开玩笑地回答说“可能有一些”。另据彭博社报道,有一段来自10月10日发布会活动的视频在网上流传,一名Optimus机器人调酒师承认它“得到了人类的协助”。

不过,有从事机器人人机协作技术相关工作的研究员告诉澎湃科技,人类远程操作机器人不过是一种过渡阶段。比如,Optimus机器人可能具备了一些自主能力比如独立行走之类的,但是在复杂的交互上人工干预确实能弥补一些不足,会看起来效果更好更自然。

“这种效果也是希望达到的目标。”该研究员称,远程控制同样也是常用的收集数据的一种方式,采集了很多场景里远程操控的数据,可以更好地训练机器人按照人们操控的方式来自主行动。

缺乏技术细节,投资者信心受挫

特斯拉首席执行官马斯克在发布会中并没有提到Optimus机器人操作的具体技术细节,但近日,关于远程操控的说法引发了人们对这款机器人能力的质疑,以及它是否能在短期内以每台约2万至3万美元的价格推向市场。

许多投资者对特斯拉展示出的这场机器人表演并不信服。特斯拉股价在发布会后的交易日中下跌超过10%,是两个月来的最大单日跌幅,市值蒸发近670亿美元,约合人民币4700亿元。

尽管存在质疑,也有分析师对此表示不以为意。总部位于加拿大的投资机构Canaccord Genuity分析师乔治·吉亚纳里卡斯(George Gianarikas)在周一给客户的报告中写道:“那又怎样!”他认为,机器人展示的灵活性和发展进度令人惊叹。吉亚纳里卡斯指出,机器人行业目前尚未形成完善的供应链,这意味着特斯拉有潜力利用其在内部制造、电池技术、马达设计、电子技术和机械工程方面的专长,长期打造一个垂直整合的机器人巨头。

美国的投资管理公司Laffer Tengler Investments的首席执行官南希·滕格勒(Nancy Tengler)在参加活动后给客户的报告中表示:“在我看来,Optimus抢尽了风头。Optimus走进来跳舞,看起来非常像人类。”

马斯克再向OpenAI施压,拟将旗下聊天机器人Grok开源

·作为对于OpenAI旗下Chat GPT的回应,Grok将于本周实现开源。Grok以英国作家道格拉斯·亚当斯的科幻小说《银河系漫游指南》为蓝本,特点是会用幽默反叛的方式来回答一些被其他AI系统拒绝回答的争议性问题。

马斯克和OpenAI的纷争一波未平一波又起。

3月11日晚,特斯拉创始人埃隆·马斯克(Elon Musk)在社交平台表示,他的AI初创公司xAI本周将开放聊天机器人Grok的源代码,这意味着公众将可免费使用该公司大模型技术背后的代码,Meta首席执行官马克扎克伯格在社交平台上发表评论表示支持。

埃隆·马斯克在社交平台上发布将开源Grok

此次马斯克宣布将开源Grok正值他向OpenAI提起诉讼之际,澎湃科技(www.thepaper.cn)注意到,当地时间3月11日,OpenAI在最新提交的法庭文件中指出,埃隆·马斯克此前发起的诉讼存在捏造事实的情况,将驳回马斯克的指控。

开源与闭源之争

开源就是开放源代码,即将模型的源代码和技术细节公开。在开源的情况下,创造者向用户提供免费使用许可,有时还允许用户修改他们创造的成果。目前,Meta的LLaMA、StabilityAI的Stable Diffusion、国内阿里的通义千问都属于开源模型。

与开源模型相对,闭源模型则不开放源代码和技术细节,也不允许用户更改模型。目前,Open AI的ChatGPT、谷歌的Gemini以及国内百度的文言一心都属于闭源模型。

马斯克是坚定的开源主义者。他曾表示,“OpenAI中的开放(Open)这个词意味着开放源代码,它是作为一个非营利性开源项目而创建的。而现在OpenAI却成为一个为实现最大利润而封闭的源代码。”

2月29日,马斯克洋洋洒洒35页的一纸诉状指控OpenAI为逐利而放弃了最初使命,即“开发造福人类的人工智能技术”。

马斯克声称,OpenAI与微软的合作伙伴关系已将这家公司转变为微软“事实上的闭源子公司”,专注于利润最大化,违背了最初对开源、非营利的承诺。他要求OpenAI恢复开源。

自从马斯克对OpenAI提起诉讼以来,包括OpenAI的支持者科斯拉风投公司(Khosla Ventures)的创始人科斯拉和安德森霍茨基金(Andreessen Horowitz)联合创始人安德森在内的科技投资者一直在争论人工智能的开源问题。

一些开源支持者认为,大语言模型并不是一种完全成熟的技术,在实现AGI之前,它们必须在一个由科学家和学者组成的社区中公开开发。

OpenAI首席科学家伊尔亚·苏茨克维(Ilya Sutskever)曾在接受美媒采访时,阐释了OpenAI不分享更多有关GPT-4信息的原因——对竞争和安全的担心是“不言而喻的”。就安全考虑,他指出,这些模型非常强大,而且会变得愈发强大。某些时候,一些人如果利用这些模型可以非常容易地制造巨大的伤害。

Grok与GPT-4还存在差距

为寻求OpenAI和谷歌的替代方案,2023年11月4日,马斯克的初创公司xAI发布了首个基于大语言模型(LLM)的AI大模型产品Grok,也作为对Open AI旗下ChatGPT的回应。

Grok在社交媒体X上的官方账号曾表示,其将探索广阔的数字宇宙,并持续连接其他AI系统。“我会确保这种连接是强大的,我们会持续学习、共同成长。”

马斯克初创公司xAI旗下的聊天机器人Grok

公司声称,这款机器人以英国作家道格拉斯·亚当斯的科幻小说《银河系漫游指南》为蓝本,可以回答任何问题。

不过,官网同时也提醒用户,相较于其他聊天类机器人,Grok的特点是会用幽默反叛的方式来回答一些被其他AI系统拒绝回答的争议性问题。目前,Grok仅为社交媒体X的“Premium+”客户提供服务。

根据xAI公布的数据,在进行的数学评测集(GSM8K)、大规模多任务语言理解数据集(MMLU)、编程多语言测试(HumanEval)、数理(MATH)等一系列基准测试中,Grok-1的表现已经超过GPT-3.5和LLaMa 2 70B,但与GPT-4还存在一定差距。

开发团队表示,通过创建和改进Grok,xAI的目标一方面是收集来自多元背景用户的反馈,另一方面也致力于将其打造为帮助人们快速获取信息、处理数据并创新想法的强大研究助手。

有助揭开宇宙能量来源之谜,我国科学家提出研究快速射电暴新方法

记者从中国科学院国家天文台获悉,利用中国天眼FAST的丰富数据,中国科学院国家天文台李菂研究员带领团队提出了一种全新分析构架“Pincus-Lyaponov相图”,得以量化爆发事件的随机性和混沌性,揭示了快速射电暴的时间-能量表现与地震和太阳耀斑等存在本质区别,这种差异挑战了快速射电暴的星震起源。基于全新的相图,团队发现快速射电暴在时间-能量二元空间上游走接近所谓的布朗运动,也就是表现出了高度的随机性。而同样不可预测的地震、太阳耀斑等却表现出远为显著的混沌性。快速射电暴的高度随机性可能由多种机制或者多个发射位置组合形成。中国天眼通过中国天眼FAST的强大观测能力结合创新的分析方法,未来科学家或将能够深入刻画宇宙间的神秘爆发信号,有望最终揭示宇宙的起源。这项研究工作于北京时间2024年04月12日,在“中国科技期刊卓越行动计划 ”综合性期刊《Science Bulletin》上作为封面文章发表。

快速射电暴(Fast Radio Bursts,简称FRBs)是一种来自宇宙深处的短暂而强烈的无线电波爆发。就像它的名字一样,快速射电暴在千分之一秒的时间内能够释放巨大的能量,足够驱动人类社会万亿年。自2007年人们第一次发现快速射电暴以来,它就因其神秘和强大吸引了全世界科学家的注意,并在2023年获得了邵逸夫天文学奖。但是,至今为止,我们还不知道这些强大的能量是如何产生的,而解开这样的谜题可能会帮助我们在天文学甚至基础物理学上取得重大突破。

尽管现在还不能确切知道快速射电暴具体是如何发出的,但是至少可以猜测其源头,是某种蕴含着极高能量密度的所谓致密天体,比如中子星或者黑洞。我们知道中子星的信号会像灯塔一样,规律地扫过地球,非常稳定。如果快速射电暴也是由这样的天体发射出来的,那么能否看到规律出现的快速射电暴信号呢?非常遗憾的是,在过往的诸多研究中,寻找快速射电暴在毫秒到秒量级的周期的所有努力都失败了。这就要求我们重新考虑快速射电暴的发射方式。

天体也存在不可预测、看似混乱的能量释放过程,例如星震和地震。致密天体,特别是具有极端磁场的磁星,其星震被认为是快速射电暴的可能触发机制。地震混乱不可预测,但是并非完全随机。在一次非常强的地震事件发生后,常常会伴随着更多的相对弱小的余震。这说明地震发生的时间和能量是有关联的,不是完全随机的。以往进行的周期搜索无法揭示时间和能量这两个基础物理参数间的关联。

一个随机事件,比如抛硬币,其不可预测性稳定持续的。我们无法根据当前抛出的正反面来预测下次,或者下下次的结果。相对应的,一个混沌系统,例如气候,看起来混乱如随机过程,但它的不可预测性是随时间增长的。抬头看天就可以预言下一秒的天气。但是全人类最好的预报系统也难以精确预言几周、几月后的天气。时间越长,不准确性越高是混沌系统的特征。

清华团队发布中国AI光芯片“太极”

光电智能技术交叉创新团队部分成员合影(左三为戴琼海院士、右二为方璐副教授)。清华大学微信公号 图

作为人工智能的三驾马车之一,算力是训练AI模型、推理任务的关键。倘若大模型是做一道精致的菜肴,算力就好比一套称手的烹饪工具。如何制造出兼具大算力和高能效的下一代AI芯片,已成为国际前沿热点。清华大学科研团队,首创分布式广度智能光计算架构,研制出全球首款大规模干涉衍射异构集成芯片“太极(Taichi)”,实现了160 TOPS/W的通用智能计算。

“太极”光芯片架构开发的过程中,灵感来自典籍《周易》,团队成员以“易有太极,是生两仪”为启发,建立了全新的计算模型,实现了光计算强悍性能的释放。

我国公民具备科学素质比例达14.14%,呈提速增长趋势

2024年4月16日,第十三次中国公民科学素质抽样调查结果公布。本次调查覆盖全国(不包含港、澳、台)31个省(区、市)和新疆生产建设兵团、333个地市级行政单位和86个直辖市所辖区县,调查对象为18~69周岁公民(不含现役军人),共计回收有效样本28.9万份。

结果显示,2023年我国公民具备科学素质的比例达到14.14%,比2022年提高了1.21个百分点,呈提速增长趋势。

第十三次中国公民科学素质抽样调查结果

为深入贯彻党的二十大精神,落实习近平总书记关于科普和科学素质建设的重要指示精神,落实《关于新时代进一步加强科学技术普及工作的意见》和《全民科学素质行动规划纲要(2021―2035年)》(以下简称《科学素质纲要》)相关部署,加强国家科普能力建设,深入实施全民科学素质提升行动,为推动以人口高质量发展支撑中国式现代化提供参考,中国科协与国家统计局合作开展了第十三次中国公民科学素质抽样调查工作。

一、基本情况

本次调查经国家统计局调查统计制度批准(国统制〔2023〕94号),调查方案由国家统计局所属统计科学研究所、社情民意调查中心和中国科协所属中国科普研究所联合设计,调查执行由社情民意调查中心负责,工作统筹、质量控制和数据处理等工作由中国科普研究所负责。

本次调查覆盖全国(不包含港、澳、台)31个省(区、市)和新疆生产建设兵团、333个地市级行政单位和86个直辖市所辖区县,调查对象为18~69周岁公民(不含现役军人),采用线下入户面访(计算机辅助面访系统)与线上手机短信推送(计算机辅助网络访问系统)相结合的调查方式。本次调查设计线上线下样本达30.0万份,由中国科普研究所会同社情民意调查中心及第三方专业质控团队,认真谋划、精心组织、严格执行、严控质量、精细计算,经过各方不懈努力,共计回收有效样本28.9万份,达到设计要求。

二、主要结果

(一)总体发展情况

2023年我国公民具备科学素质的比例达到14.14%,比2022年的12.93%提高了1.21个百分点,相比“十三五”后期(2018-2020年)年均1.05个百分点的增幅,“十四五”前段(2021-2022年)年均1.19个百分点的增幅,呈现提速增长趋势。

(二)城乡发展情况

2023年城镇居民和农村居民具备科学素质的比例分别达到17.25%和9.16%,较2022年分别提升1.31和1.20个百分点,增速分别为8.22%和15.08%,农村居民科学素质增速高于城镇。城乡居民科学素质发展不平衡情况进一步缓解。

(三)地区发展情况

2023年,东、中、西部地区公民具备科学素质的比例分别达到16.39%、13.12%和11.51%,较2022年分别提高1.08、1.15和1.24个百分点,东、中、西部地区公民科学素质水平差距首次缩小。

(四)性别发展情况

2023年,男性公民和女性公民具备科学素质的比例分别达到15.66%和12.53%,比2022年分别提高0.89和1.55个百分点,性别差距缩小0.66个百分点。女性科学素质持续快速提升,性别差距进一步缩小。

(五)年龄发展情况

2023年18~29岁、30~39岁、40~49岁、50~59岁和60~69岁年龄段人群具备科学素质的比例分别达到25.72%、19.00%、13.23%、8.52%和4.45%,青年人群(18~29岁、30~39岁)具备科学素质的比例已达到和接近20%的较高水平,中老年人群(40~49岁、50~59岁)具备科学素质的比例达到和接近10%的水平,老年人群(60~69岁)仍在5%以下的较低水平。

(六)不同文化程度发展情况

2023年大学本科及以上人群具备科学素质的比例达到43.99%,大学专科受教育程度公民具备科学素质的比例为25.17%,高中、初中和小学及以下公民具备科学素质的比例,依次分别为17.68%、7.80%和2.91%。公民科学素质水平随受教育程度的提高呈陡升式阶梯分布。

(七)公民获取科技信息渠道情况

电视和互联网仍是公民获取科技信息的两大主要渠道,选择比例依次为85.5%和79.2%,但互联网“首选”比例从2022年56.2%上升至58.3%,同比电视的“首选”比例从31.0%降至26.8%,两者差距进一步扩大,互联网作为公民获取科技信息首要渠道的地位进一步加强。

(八)公民利用科普基础设施情况

对于博物类(动物园、水族馆等)、文化类(文化馆、图书馆等)、科技类场馆(科技馆等)和科创类场所(实验室、展览室等)等四类科普基础设施,公民参观意愿均较高。从参观意愿和效果来看,“科技馆等科技类场馆”是所有科普基础设施中“首选”参观比例最高的,选择比例为44.8%,也是公民认为参观后“有收获”比例最高的,选择比例为82.1%。从参观行为来看,博物类和文化类场馆公民参观比例相对较高,过去一年中去过的比例分别为65.1%和62.3%,科技类场馆参观比例也达到40.2%,考虑到前两类场馆的建设数量及展厅面积强度远高于科技类场馆,科技类场馆在各类科普基础设施中具有较高的参观使用效能。

对于各类科普基础设施的参观使用动机,选择“自己感兴趣”和“陪亲友去”的比例较高。在制约各类科普基础设施的参观使用因素中,“没有时间”和“位置偏远”两个原因的选择比例明显高于其他,表明积极动员公民参与科普和优化科普基础设施布局与服务仍是科学素质建设高质量发展的重要抓手。

公民参观利用科普基础设施意愿高,在各类科普基础设施中以科技馆为代表的科技类场馆参观意愿和使用效能最高。

(九)公民对科技发展的态度情况

公民对“公众对科技创新的理解和支持,是建设科技强国的基础”“现代科学技术将给我们的后代提供更多的发展机会”“尽管不能马上产生效益,但是基础科学的研究是必要的”等观点的赞成比例分别为89.2%、89.0%和87.4%,与2022年的91.0%、91.8%和90.1%相比有小幅下降。而对“持续不断的技术应用最终会毁掉我们赖以生存的地球”“政府应该通过举办听证会等多种途径,让公众更有效地参与科技决策”的赞成比例分别为35.6%和89.7%,与2022年的33.8%和87.7%有小幅增长。公民对科技创新保持高度关注和积极支持的态度,对新技术应用风险的担忧和参与科技决策的意愿则有所提高。上述积极态度稍有下降和担忧情绪略有增长等变化,还需进一步从较长时间跨度进行观察和研究。

第十三次中国公民科学素质抽样调查相关图表

图1 公民科学素质发展状况

 

图2 城乡居民科学素质发展状况

 

图3 东中西部科学素质发展状况

 

图4 不同性别公民科学素质发展状况

 

图5 不同年龄段公民科学素质发展状况

 

图6 不同受教育程度公民科学素质发展状况

 

图7 公民获取科技信息的渠道(%)

 

图8 公民利用科普设施的意愿(%)

 

图9 公民利用科普设施的收获情况(%)

 

图10 公民利用科普设施的情况(%)

 

图11 公民利用科普设施的动机情况(%)

 

图12 制约公民利用科普设施的因素情况(%)

 

图13 公民对科技创新的关注和支持情况(%)

全球唯一具备11000米钻探能力的科考钻探船进入调试阶段

今天(4月16日),记者从自然资源部中国地质调查局了解到,我国首艘自主研制的超深水大洋钻探船“梦想”号,已进入调试和内装阶段,预计今年内全面建成。

在广东广州市南沙区珠江口,“梦想”号大洋钻探船正在进行设备调试和内装实验室的安装工作。“梦想”号总吨为33000,满载180名船员的情况下,可连续在海上工作120天,续航里程达1.5万海里。同时,船上铺设了120万米电缆,全面覆盖信息化技术,实现了船岸智能协同,让“梦想”号不仅具备全球海域无限航区能力还是全球唯一一艘具备11000米钻探能力的科考钻探船,未来主要承担国家重大科技项目和国际大洋科学钻探任务。

敞开全球科创合作大门!2024中关村论坛开幕

2024中关村论坛4月25日在北京开幕。本届论坛以“创新:建设更加美好的世界”为主题,设置论坛会议、技术交易大会等5大板块,近120场活动聚焦人工智能、生命科学、新材料等科技前沿领域,进一步围绕6G、脑机接口、区块链、合成生物制造等科技前沿领域,开展思想碰撞和科技交流,论坛上将发布一批最新重大科技成果。

论坛国际参与度高,超过100个国家和地区的外籍嘉宾参与,论坛外籍致辞演讲嘉宾占比超过50%,前沿大赛共征集来自75个国家和地区3100多个参赛项目,国际项目占比超过40%,技术交易大会进一步突出全球性、前沿性、实效性,汇聚40多个国家和地区6000多个创新项目。论坛活动将持续到4月29日。

2024中关村论坛年会开幕,10项重大科技成果集体亮相

量子云算力集群综合指标进入国际第一梯队,世界上已知最薄的光学晶体产出,全球首个通用人工智能系统原型亮相……4月25日,在2024中关村论坛年会开幕式重大成果发布环节,10项重大科技成果集体亮相。

在光电信息领域,多项重大“芯”成果集中得到展示。国际首个全模拟光电智能计算芯片在智能视觉目标识别任务方面的算力,是目前高性能商用芯片的3000余倍,能效提升400万倍,有望成为人工智能发展的有力引擎。第五代精简指令集(RISC-V)正在引领新一轮处理器芯片技术与产业的变革浪潮,第三代“香山”开源高性能RISC-V处理器核是国际上首次基于开源模式、使用敏捷开发方法、联合开发的处理器核,性能水平进入全球第一梯队。

北京量子信息科学研究院联合中国科学院物理研究所、清华大学等团队,完成大规模量子云算力集群建设,实现了5块百比特规模量子芯片算力资源和经典算力资源的深度融合,总物理比特数达到590,综合指标进入国际第一梯队。

光学晶体被称为激光技术的“心脏”。北京大学科研团队创造性提出“转角相位匹配理论”,应用氮化硼首次制备出超薄、高能效的光学晶体——转角菱方氮化硼,其厚度仅为微米量级,能效提升至少100倍,为新一代激光技术奠定了理论和材料基础。

对脑与智的探秘,科研人员也有了重大突破。“北脑二号”高性能侵入式智能脑机系统拓展“心有灵犀”的边界,在国际上首次实现猕猴对二维运动光标的灵巧脑控,为更自然、更灵活的新一代神经假肢的开发等临床应用奠定了基础。人工智能取得系列成果,基于价值驱动的全球首个通用人工智能系统原型“通通”发布,可以识别人类意图并主动提供帮助,其已达到儿童一定的智力水平,并且正在持续成长中。

“中国天眼”首次探测到迄今最短轨道周期脉冲星双星系统、“拉索”发现史上最亮伽马暴十万亿电子伏特光子、全超导托卡马克核聚变实验装置实现世界上最长时间可重复的高约束模等离子体运行……一批“大国重器”正在持续产出系列国际领先成果。

此外,国家电力投资集团有限公司研制的300兆瓦级F级重型燃气轮机首台样机总装下线,是我国自主研制的最大功率、最高技术等级重型燃气轮机;中国科学院遗传与发育生物学研究所团队定位克隆到与耐碱性显著相关的主效基因,为盐碱地综合利用和保障粮食安全提供了新思路。

在加快建设世界领先科技园区的征途上,《中关村世界领先科技园区建设方案(2024-2027年)》部署了“路线图”,部署五方面50项重点任务,推出新一批重大政策和改革措施,将中关村打造成为北京国际科技创新中心建设跃升的主阵地、京津冀协同发展的突破口、中国高质量发展的引领者、全球创新网络的关键枢纽,切实支撑科技强国和制造强国建设。

【2024中关村论坛年会重大科技成果】

重大科技成果一:《中关村世界领先科技园区建设方案(2024-2027年)》(发布单位:工信部、科技部、北京市人民政府)

重大科技成果二:用“芯”加速AI——全模拟光电智能计算芯片(发布单位:科技部、国家自然科学基金委、清华大学)

重大科技成果三:业内瞩目精彩纷呈——人工智能取得系列成果(发布单位:科技部新一代人工智能发展研究中心、中国信息通信研究院、北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会)

重大科技成果四:驾驭激光的利器——转角氮化硼光学晶体原创理论与材料(发布单位:教育部、北京大学)

重大科技成果五:构筑量子计算“实用之路”——量子云算力集群(发布单位:北京量子信息科学研究院、中国科学院物理研究所、清华大学)

重大科技成果六:绿色能源的强大引擎——300兆瓦级F级重型燃气轮机完成总装(发布单位:国务院国资委、国家电力投资集团有限公司)

重大科技成果七:来自开源的“芯”贡献——第三代“香山”RISC-V开源高性能处理器核(发布单位:中国科学院计算技术研究所、北京开源芯片研究院);

重大科技成果八:基因改良护航粮食安全——农作物耐盐碱机制解析及应用(发布单位:中国科学院遗传与发育生物学研究所)

重大科技成果九:拓展“心有灵犀”的边界——“北脑二号”智能脑机系统(发布单位:北京脑科学与类脑研究所、北京芯智达神经技术有限公司)

重大科技成果十:重大科技基础设施取得系列国际领先成果(发布单位:国家发展改革委、科技部、国家自然科学基金委、中国科学院国家天文台、中国科学院高能物理研究所、中国科学院合肥物质科学研究院)