传感器与智能时代 | 褚君浩院士——科学讲坛

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特别说明：

此次报告视频、动画展示较多，无法全部插入推文中；文字版本作为参考，建议观看视频版本

主持人：观众朋友们大家好，欢迎来到墨子沙龙特别节目，今天是我们上海技术物理研究所公众科学日，我们有幸有请到了褚君浩院士。

褚君浩：大家好。

主持人：我们都知道褚君浩院士是科研界的科普达人，今天褚君浩院士也将为我们带来传感器和智能时代为题的报告活动，接下来有请褚君浩院士继续今天的报告活动。

褚君浩：好的，观众朋友大家好，今天我给大家做一个科普报告。我这个报告的题目叫“传感器和智能时代”。

我讲三个方面的内容，第一方面：感知自然信息。第二方面：迎接智能时代。第三方面：培育飞翔的潜能。

先说第一方面，感知自然信息，就是传感器。首先提个问题，传感器是什么？我们知道人有五官，眼睛、耳朵、鼻子、舌头、皮肤，传感器就是做成一个器件，但它的功能就是来代替我们的眼睛看，代替我们的耳朵听，代替我们的鼻子闻，代替我们的舌头尝，代替我们的皮肤感觉。传感器在我们日常生活当中是无所不在的，如果你注意一下周围，我们跑到洗手间，我们把手放到水龙头下面，水就会自动下来，就有传感器装在水龙头下方。有的时候跑到一个商店或者房间，它会叮当一下，进去了以后灯就开了，这些也都是传感器。

在日常生活当中如果你注意一下，传感器是无所不在的。今天我提出一个问题，你们回家找找看，在你们身边、生活当中看到过哪些传感器，你发现在我们的生活当中、社会当中有哪些是传感器。

其实传感器有很多，我举一些例子。

比如现在先进的马桶盖，里面有力传感器、热传感器、光传感器。查酒驾（的工具），里面就有很多烟雾探测器、气体传感器。还有电子血压计、人体感应灯、触摸屏，都有很多传感器在里面。有光传感器、力传感器。我们传感器当中如果找一下，就会发现家庭里面相机、手机、游戏机，包括智能电视、冰箱、洗衣机空调里面都有，你们可以回家找找看在身边哪些有传感器的应用。

但是传感器最普遍的应用是智能手机，而且用得也最多。

如果把智能手机打开，里面有很多传感器，有摄像头，有各种各样的传感器，加速度传感器、陀螺仪，还有摇一摇，都是传感器在里面起作用，你们可以去研究研究。严格来说去分析一下，可以找到光传感器摄像头，力传感器加速度计、陀螺仪，磁传感器、声音传感器、指纹传感器等等，这些传感器为我们手机功能提供了非常重要的器件。现在在人体健康里面比如体检，也有很多传感器：

做B超、CT，各种检查。现在人家还在研究在人体里面植入一些芯片来探测你身体的健康状况，有很多也都是传感器的问题。在公共安全检测、家庭安全防护也都有很多传感器的应用。水资源、能源系统、环境也都有很多传感器，这些传感器可以提供水、环境、空气的情况。传感器走进我们的生活，在工业农业生产、科技活动、日常生活、国防科技当中。

在人类活动的所有方面都有传感器，而且越来越多地影响到我们人类的行为。

为什么可以做出传感器呢？因为物质的不同运动形态是可以转化的。比如光电传感器，它最早就是来源于爱因斯坦1906年发现的光电效应，后来得诺贝尔奖的。光照到某些金属表面，如果光的能量达到一定值，金属表面电子可以打出来，低于这个能量值是打不出来的。这个光电效应就是我们光变成电的效应，我们现在可以把光、磁、电、声联系起来，做成传感器。

现在做成传感器大多是把这些东西（光声电磁）想办法通过一个器械变成电，因为电容易控制，做成这样一个器件。下面我举一些例子，光电传感器的应用。光电传感器实际上是把光变成电，我们的物质运动形态都是可以转的，电也可以变成光，光也可以转化为电。光有不同的波长：

有伽马射线、X射线、紫外，波长很短。然后红橙黄绿青蓝紫，有红，红外面有红外，后面有THz光、毫米波、微波、无线电波。波长不一样，但都是电磁波。这些光通过一个光电器件可能实现光电转换，光电转换了以后就可以做成红外探测器，THz探测、紫外探测器，X射线、伽马射线探测器，太阳能电池等等。

我带来一个手机，这个Iphone，我们拍照只能拍可见光的照片，灯关掉照片就拍不出来了。

图上有一个附件，就是一个红外探头，把它装到Iphone上，就可以拍红外的照片，也就是说把灯关掉也可以拍照。我们看看这个照片，照片里的人像谁？这个照片就是我在办公室里。这张照片就是一张红外的照片，我们人有两种光传到你的眼睛里，一种光是反射光，也就是灯光，外面的太阳光照在我的身上，反射到你的眼睛里，你就看到我了。如果没有灯光，外面没有阳光，晚上是暗的，反射光就没有了，你用你的眼睛就看不见我了。

但是我们人除了反射可见光以外，人自身还会发出红外光，因为我们人有温度，37度，换成绝对温度就是300多K。任何一个有温度的物体都会发出热射线，人体（300多K绝对温度）发出的波长大概在10微米左右。所以我们眼睛看不见，但是用我们红外探测器就可以看得见了。这张照片就是用红外传感器对我人体拍出的照片。再举个例子，最近澳大利亚森林大火（视频00:10:17），有一些动物还在里面，我们从视频里面可以看到它在卫星上通过红外热像仪就可以找到在森林里面动物还有没有，因为动物也是发红外线的，就可以看出来了，可以通过红外线找到在森林里还存在的生物。

我上面举的例子都是室温工作的传感器，灵敏度差一点，但是比较便宜比较好工作，这也就是室温工作的传感器。

主要用贴片薄膜、氧化钒、锰钴镍或者聚合物做这些传感器，它可以方便地应用，价格比较便宜，当然它的灵敏度稍微低一点。灵敏度高的用什么呢？就是用半导体材料，光电导型、光伏型的，光打到这个半导体材料上来，它的电阻发生变化。或者光打到半导体材料做成的器件上，两端会产生电。(动画,00:11:46)我们可以通过视频看清楚，光打到半导体材料里面，就产生电子和空穴。

电子带负电，空穴带正电。电子和空穴在里面就会移动，移动过程当中也许他们会碰到复合中心，就复合掉了，就没戏了。但是也有一些电子和空穴他们迁移比较长，寿命比较长，他们会有幸跑到p-n结里面去，p-n结里面有内在电场，就把电子和空穴分开了，向两端输出了，就可以发电了。半导体材料红外最好就是碲镉汞半导体材料。

碲镉汞半导体材料在低温下工作灵敏度非常高，做成的器件可以把它做成焦平面列阵，像素做得很多。做好了以后可以放到相机里面，相机可以放到飞机上，那就是对地观测，航空遥感。

也可以把这个相机放到卫星上对地观测，那就是航天遥感。技物所2016年12月份放了一个风云四号气象卫星，这个气象卫星非常好，里面有很多波段的碲镉汞的，还有其他半导体材料的红外探测器，很多波段。这张图上一共有15张图：

每一张图都是一个通道的成像，就能够很灵敏地把我们对大气进行观测，我们在卫星上还做了一套观测仪，非常好，对大气做CT，也就是这个大气每一层每一个空间位置的温度、湿度都可以做出来，这样一件事情就非常了不起，相当于对我们大气做CT，在国际上都没人做过，大概五年以后才能做这个事情。这是非常了不起的一件事情。

由于风云卫星，所以我们现在气象报告特别准。

现在气象报告台风预报非常准，知道它什么时候到哪里，有多少速度在运动。为什么可以做:到这么精确呢？就是因为我们有卫星在天上看。不仅白天可以看，晚上也可以看，因为我们有红外传感器、有红外成像。大家都在玩手机，手机里有微信，微信打开有一幅图:

就是一个云图，地球上风云的图，这张图是美国NASA的一张图，但是我们风云四号卫星上去以后，曾经用了风云四号的图，非常清晰，清晰度完全一样。当然这个图用了5天就换过来了，为什么呢？因为有协议的，腾讯说好微信是用那张图的。但是我们看到风云四号气象卫星的图是非常清晰的。

红外传感器有三大功能

第一个是图像，可以看到物体的空间分布，黑暗的背景也可以进行观测。第二，有热像，可以看到物体的温度分布。第三，可以看到它的谱像，看到我们的物体表面反射的光的光谱是怎么样的，有三个功能。这三个功能图像最简单，晚上看到一些图像。不仅白天可以看，晚上也可以看到这个图像。比如有一个红外应用，(视频，00:16:20)据说是美国和ISIS打的红外图像，就是伊斯兰恐怖组织汽车在路上开。这个消息卫星上就看到了，就定位了，定位以后通知他们指挥部，指挥部通知导弹发射部，导弹就把ISIS这个车子打掉了，这就是红外在里面起的作用。

最近今日头条也发布了一条消息，（视频，00:17:09）美国公布了一个用红外相机拍摄到的UFO不明飞行物图像，十天前在网上传得蛮多，这也是用红外相机。红外相机看到它在云层上面，UFO那样的东西在移动，这是什么东西很多人不知道，很多有兴趣的人在研究，这个公布的视频也是用红外相机拍到的。红外相机要能够看得很清楚，就需要我们的探测器非常灵敏。探测器要非常灵敏，有一个条件，要把像素做得很大。比如我们手机现在是1000万象素，拍照片蛮清楚。过去我们手机只有200万象素，拍照就不清楚。像素要多，现在红外也是这样

这是美国Raytheon（雷神）公司的一个超大规模碲镉汞的红外焦平面，他是16个2K×2K的器件，也就是6400万像素，所以拍照片很清楚。

这是汶川地震，汶川地震的时候我们的卫星正好不在四川上空，当时美国有一个卫星在上面，我们科技部和他们联系能不能把图给我们看看，就是我们看到的这张图。

这张图是汶川大地震的情况，这也是晚上看到的红外图像，是美国“锁眼”光学成像军事侦察卫星（拍到的），上面有很多燃料可以来回移动。我们现在卫星也有很多燃料可以移动，比如马航失事的时候，我们的卫星也是天上到处可以有燃料来跑，可以移动它的位置到一定的目标。除了固定的轨道以外，还可以变轨移动它的位置。

这是美国卫星上看到我们的核潜艇停在葫芦岛的码头上，放到谷歌上了。这就是科学技术，科学技术好了以后它的功能就强大。这是我们的卫星看到美国的航空母舰，在造船厂里，看得很清楚。如果我们有科学技术，我们就能够观测地球上所有地方的情况。如果我们自己的科学技术不行，那我们只能给人家看，我们不能观测人家。这就是科学技术对一个国家来说起到很大的作用。

我们做这个探测器，除了像素要做得高以外，还要做不同波段的探测器，不同的波段有不同的作用。

这个人，一张是可见光的，一张是短波红外的，一张是中红外的，一张是长波红外的，不同波段拍出来的照片不一样的。上面两瓶水，一瓶水可见光拍的，就是一瓶水，不知道水有多少。用短波红外探测，可以看到有半瓶水，很清楚。

再看看这个苹果，可见光下拍出来的苹果很好的，但是用短波红外拍，这个苹果是烂的。前不久我家里面吃早饭，8元一斤的苹果，很漂亮的苹果，一切开来，里面其实是坏的。如果用短波红外看就可以看得到。

再比如这个人前面有一个硅片，后面的字遮住了，但是可见光的照片拍不出来，因为硅片把可见光遮住了，但是用短波红外来看可以看得出来，后面的字是SENSORS。再看这个人，胡子鬓角迹，可见光的照片，一个美男子。但是用短波红外来拍，这个鬓迹和胡子都是假的,这个人要么是野人演员，要么是可疑分子。不同的波段可以知道不同的信息，这里面要做科学研究。这张图里每一条曲线表示一种器件，这里面要研究它的物理、材料学、工艺学，把这些掌握好，我们才能做出不同波段的高性能的传感器。最近人家还在做近红外的成像：

把近红外打到脑子里面，在脑子里面兜一圈以后，反射出来。就可以知道你脑子正不正常，现在这个事情在宇航的时候;

宇航员到了天上或者在火箭里面，脑子工作是不是正常，在脑子里面做这个试验来研究。将来也许还会做更高级的，看看你是不是在说谎，是不是很高兴。因为这个光在脑子里面可以传出来这样的信息，这是近红外成像。

要做不同波段的传感器，最近大家又关心太赫兹，做太赫兹波段的传感器，这个波段非常重要，很多物质的特征光谱都在太赫兹波段里面。当然我要产生太赫兹波有光学、电磁的办法，里面有很多科学知识在里面。

比如我们看这张树叶，新鲜的树叶是左边那张图，两天以后干了，就是右边那张图。太赫兹波就可以非常清晰地看到这张图。在医学二维成像、食品检测等等很多方面都有很多应用。

比如我们现在看这个人，左边那张图这个人是可见光拍的照片，拿了一张报纸。但是用太赫兹波看，这个人报纸里面有把刀，这个人就是恐怖分子。

这张照片也是这样，左边是可见光的图，看不出什么东西。但是我们用太赫兹对他成像，一看他身上带了武器。

中间这张图是可见光的图，看出来没有带什么东西。但是用太赫兹波对他成像，那就是左边那张图和右边那张图，可以看到他上面带了很多武器。现在很多地方检测，比如美国的飞机场，都用太赫兹波在很远的地方检测你身上有没有带危险的东西。

在中国很多地方现在也开始在开始在用太赫兹波检测你身上有没有带危险品。当然也有假的，比如这个就是伪科学。网上说一副眼镜1200元，带了这副眼镜看人家就像不穿衣服一样，这个都是伪科学，是骗子。我们现在也做一些新的探测器，这是我们所里面黄志明等做的，新原理，和国际上的原理不一样。

当太赫兹光打到半导体金属结构上，在金属半导体里面会产生一个磁阱势阱，电子就会跑到势磁阱里面，会引起电导的变化。我们看到电磁波过来了以后，电子就会从金属一端跑到窄禁带半导体里面这样的现象。现在这个现象对碲镉汞、锑化铟、铟镓砷、硅什么都做出了这个现象，将来可以作为领跑的工作。这是第一部分，我们可以在黑暗里面看清我们的图像。

第二，热像。热像就是温度分布

你看这个人的温度分布可以看到。我们看到他头颈这里的温度是34.8，最近疫情检查的时候很多地方都用红外热像仪来测量人家的温度。用红外热像测量温度的时候，就可以远距离地看到上面温度是多少，可以用来做检测。

我们还可以对发热病人进行监控，比如SARS的时候，飞机场走过来的人，可以看到这个人那个人温度是多少，都可以看到。当然我们在工业商用上更多

我们可以看到这个地方有没有短路，如果短路了，温度就会高，我们的热像仪就可以看到这个地方是短路了，带人去修。上海17号线地铁，智慧维保供电平台，很多设备都用铁箱子包起来的

但是里面如果有故障，温度会升高，红外热像一下子就看到了，就可以提前进行处理。还有火情火灾

我们可以预报火灾的情况，现场救援，人可以到现场用红外热像仪看到受伤的人在哪里，火苗在哪里，然后我们可以更加有效地灭火，进行现场救火。

将来最好是有由机器人，衣服不怕烧，眼睛又是红外的，看得很清楚。(视频,00:28:19)去年巴黎圣母院着火，红外热像也发挥作用，把红外热像仪放在无人机上，无人机发现巴黎圣母院火苗在哪里，灭火的时候就很有意识地灭火，效果就非常好。红外热像仪和无人机都立功了，当时网站上有很多这方面的介绍。

第三方面的功能是谱像，（可以看到）光谱分布。任何物体的光谱特征如果你获取了，就可以通过光谱特征来分析这个物体是什么成分，是什么东西。比如我们红苹果、樱桃、梨、青葡萄他们波长都是不一样的，波的特征都是不一样的。

我们首先就要把波谱特征存到数据库，用光谱议把它的波谱特征录落下来放在数据库里面。比如生菜

不同阶段它的光谱特征是不一样的，把它的光谱放在数据库里。放在数据库里以后就可以比对了，比如这个水稻

把它的光谱做出来，做出来以后就可以提供消息，水稻亩产多少斤，把测到的光谱放到数据库里比，一比就知道这个水稻亩产是1000斤还是100斤，因为他们的光谱特征都是不一样的，所以就可以派用处。

这个地方要找铀油矿，怎么找呢？可以让无人机去飞，把每一点的光谱做出来。做出来以后看下面那条线，这条线和数据库里比，和上面这条数据库的光谱线有点一致，上面那条光谱线是铀油矿，那么就怀疑这个地方可能有油铀矿，再把人派过去。最近嫦娥三号到月亮上去，我们的光谱仪就放上去了。

月球车上带了一个光谱议，在月球表面看，月球车在上面把月球表面土壤的光谱拿下来，进行分析，和数据库里进行比对，看看月球表面的土壤到底什么成分，矿物到底什么成分。

最近又放了一个嫦娥四号，嫦娥四号不在月球的正表面，在月亮的背面。月亮背面永远是背着地球的，所以地球永远看不到背面。嫦娥四号就飞到月亮的背面去了，背面也有一个月球车在那里探光谱议，据说放在那里是为了研究一个问题，月亮里面到底是什么东西。曾经有一个陨石，打在月亮的背面，把月亮里面的东西打出来了

掉在这个坑边上，现在我们月球车就在那里，要做它的光谱，做了光谱以后就看打出来的是什么东西，研究月球里面是什么东西。最近都有结果了，也发了文章。

现在传感技术除了前面所说的光谱、光电传感还有很多传感，比如压力、振动、声响、化学、生物、单光子等等很多传感

比如这个是沙林毒气，这个是黑炸药爆炸两次事件，一个是沙林毒气事件，一个是黑炸药爆炸事件，死了很多人。就是因为没有传感器，如果有传感器，事先报警，这个事情就可以避免。

现在有一种聚合物的荧光淬灭效应，这个聚合物发荧光，但是如果有TNT分子上来，这个荧光一下子就淬灭了，我就知道有人带了TNT分子进来了，就可以报警了。(视频,00:33:00)比如有一个介绍视频，做对比，在地铁里面用一条狗去找炸药找不到，但是用人造的狗鼻子，一找就发现了，报警了，可以做成很小的设备。现在这个设备已经做得很小了。比如我们还有压力报警

—比如有一幢房子坍掉了，坍掉以前如果我们有传感器在里面，能够报警，这个房子事先就可以报警，就可以报修了。传感器有很多作用，有光电传感器、电传感器、磁传感器、热传感器、声传感器、机械传感器

现在发展高性能传感器，更低的成本、更快的速度、更高的集成度、更智能化的应用。当然你要做这个传感器，现在要学好知识，这里面涉及到材料技术、器件结构、物理模型、工艺优化、工程实践。能够做这些器件我们要打好基础，要有物理基础、数学基础、实验基础、思维方法、科学精神。更加重要的是我们要有爱国情怀，要有责任意识。这是第一个问题。

第二方面，我简单说一说迎接智能时代。我们第一次工业革命是机械化，第二次工业革命是电气化，第三次工业革命是信息化

现在我们开始进入第四次工业革命，第四次工业革命就是智能化。也就是把智慧融入到物理实体系统里面，比如融入到一个机器人、系统里面去。智能时代最大的特点就是智能化的系统，智能化系统包括两个，一个是人工智能，一个是智慧地球，可以发挥作用。智能化系统有三大支柱

一，动态感知，能够实时得到信息。二，能够智慧分析。三，能够自动反应，构成一个智能化系统。需要大数据、需要传感器，需要我们有基础信息平台，互联网、物联网，它依赖于我们的电磁波信息传输、5G技术等等。（视频,00:36:01）我们看这张图，这张图是机器人打乒乓球，这是浦东一家公司做的，机器人打乒乓球就具有刚才说的这些特点。

第一，可以实时得到信息，能够看清这个球怎么过来的。第二，分析这个球弹起来什么方向，怎么打过去。第三，实时起作用，把这个球打回去。所以它具备这三个功能，第一，实时得到信息。第二，智慧分析。第三，自动反应。在智能化系统里面有两个核心技术

第一，实时感知系统，也就是传感器。第二，智慧分析技术，分析得到的信息说明什么问题。这里面就要靠大数据分析和模型分析，实际物理过程是什么过程要进行一些分析，用这两个核心技术分析了以后，我们就可以处理后面的事情。现在机器人在工业、日常生活、军事上都有很多用处，（视频，00:37:20）比如这个机器人，它能够搬东西，在工业上有很多工业机器人，比如这个工业机器人在那里几代人做事情。在德国宝马他们有一个厂有5000人，里面有1000个是机器人，就是做这些事情的。尤其是喷油漆，我们人简直不能在喷油漆的地方工作，但是机器人效率高，喷得又好，机器人现在发展得很快。（视频,00:38:02）比如这个机器人，搬运货物的，这里面都要有传感器、智慧分析、实时反应。这个机器人不倒翁，可以回到原来的位置。这是搬东西的机器人，现在有很多不同种类的机器人开始工作。这是京东，他们运货、分拣货物是自动的，分拣了以后通过无人车送到规定的地方，小车子开到小路上，发一条短信给你，你就可以取你的快递了。他们有一个试验场所在做这个试验。无人汽车(视频,00:38:59)、无人飞机都是智能化系统，实时得到信息、智慧分析、快速反应，构成一个智能化的系统。

第三方面，培育飞翔的潜能。我们改革开放40年以来，中国发展得很快，GDP也很高，大家科学的水平、工业的水平、生活的水平都大大提高。同时我们现在进入了新工业革命的时代，智能时代，融入到新时代的潮流里。

我们看这张照片，有两个小孩子，中国的小孩子在玩手机，外国的小孩在边上看。这张照片可以从一个侧面反映改革开放40年后的时代。

我要提个问题了，这张照片如果在40年前是什么样的？有人就会说如果40年前一定是中国小孩和外国小孩倒一倒，中国的小孩看外国的小孩怎么样。现在我们国家信息技术发展了，现在我们是进入一个新的时代。我们江苏的GDP就可以排到世界第15位了，中国的GDP排全国(口误，全球)第二。但是我们人均又很低，我们既要看到我们GDP的总量是高的，也要看到人均是很低的。2016年开过一个科技三会，提出来把科技创新摆在更重要的位置，吹响建设世界科技强国的号角。所以我们要建设富强、民主、文明、和谐、美丽的社会主义现代化强国，一定是要一个世界科技强国，所以同学们你们的责任是很重的。现在我们一方面发展得很好，比如我们现在有天龙、蛟龙、悟空、墨子、大飞机等等都发展得很好，(动画,00:41:26)这张图是我们嫦娥三号登陆的时候，要降下去了，但是我们发现下面不平，如果降下去就要翻过来了，马上就移动了25米，这就是我们激光雷达的技术，这个技术很好。（动画,00:41:51）再看我们的墨子号，在卫星上要把两个纠缠光子送到地面两个地方，这两个地方相差1000多公里，这个难度很高，相当于你乘飞机，在飞机上要把两个瓜子扔到地球上两个储物桶里面去，难度很高，但这种难度我们也实现了。这就说明我们的科学技术在很多方面现在发展得非常好。但是我们也要看到我们不足的地方，中兴事件，美国全面制裁封杀中兴，很多芯片不卖给我们，影响了我们中兴。所以我们很多核心技术还要好好掌握好，要从两方面看问题。

既看到我们发展、先进、进步的一面，也要看到我们不足的一面。（视频，00:42:51）比如这两个轴承，一个是中国的轴承，一个是德国的轴承，在上面都能够转。中国的轴承转到后面就不转了，德国的轴承一直转下去，这里面就有一个精益求精的问题，工匠精神的问题。有的时候我们做事情做得出来，但是做不好。所以我们既要做得出，又要做得好，这是非常重要的问题。我们现在年轻人要培育健康的体魄和心灵，要汲取外界的养料，汲取空气、水分、温度、太阳，要像小草那样地顽强，我的微信就是小草。人家说褚老师你怎么叫小草，你应该叫大师大树。我说小草很好，而且很顽强。看这张图上面，只要有一点水分一点空气一点阳光，它就能够生长。所以我们要修炼内在素质，要有勤奋的精神、好奇的精神、渐进的精神、远志的精神，勤劳、刻苦、好奇、正义，目标如一，胸怀大志。

这两张照片，一张是我小时候的，傻傻的。后面一张是成才的，在作报告。

这是我小时候两张照片，小学五年级一张照片，在华东师范大学附小念书，后来有一次我走过那个桥，我在原来的位置也拍了一张照片，就发展成才了。

小时候功课不好，我小时候成绩单上4分，自然好的，5分，前不久他们的老校长陈先墀写了封信，那天我在师大附小和他们小朋友面对面，陈校长写了封信过来

他说你小时候会玩会动脑筋会动手，在课内外学习，广交朋友，天天向上。体育也很好，得了奖章。但是到了初中二年级以后功课就好了，我就知道要用功念书了。从初中三年级转到徐汇中学，从曹杨二中转过去的，中间有一位班主任，在我转进去以前他就说我们班级要转来一个很好的学生，怎么好怎么好，其实我不在班级里面，后来同学跟我说了，他说王老师在班级里表扬你，我听了开心得不得了。把我身上的正能量全部激发出来了。表扬非常重要，要激发每个小朋友自己身上的正能量。我后来在工作中经常也是表扬为主，对同学、同事、课题组，看到人家的优点。到了高中，我功课就很好了，我还看很多书

《天文学》、《相对论ABC》、《原子物理学》、《分子物理学》、《绝对微分学》《科学家奋斗史话》、《居里夫人传》等等，看很多书，还看了很多课外的书

这都是我做的笔记，做了很多笔记。有很多是励志的，有的是思考一些问题的，还有一些心灵鸡汤之类的，做了一些笔记。

这是我看的书，《分子物理学》，都是我中学、高中时候看的，吸收一些知识。我家里有一副对联

叫做“千淘万路虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。你要得到一点金子，一定要勤奋，千淘万路，吹尽狂沙，淘金可以淘出一点点金子出来。马克思那个时候就说，“只有在崎岖道路的攀登上，不畏劳苦的人才能得到光辉的顶点”。我们小时候念书这个话都是贴在墙上的。习近平总书记说，幸福是奋斗出来的，要幸福就要奋斗，一定要勤奋，要有奋斗精神。我们古人说的，马克思、习近平说的，都是同一个意思，一定要艰苦奋斗。

李白别小时候不用功，到山下玩，看到一个老太太把铁锤磨成绣花针，他很感动，回去他就用功了，后来变大诗人了。

少林寺有一次我去玩，跑到它的练功房，我特地拍了一张照，地都凹进去了，为什么？就是因为他们练功的时候登地，把地登得凹下去了，我拍了张照。这也是“千淘万路虽辛苦，吹尽狂沙始到金”，很辛苦，最后功夫很好。

哈佛大学凌晨4点，图书馆还有那么多人，我不要你们凌晨4点还不睡觉，晚上12点就要睡觉，但这种学习的精神是很对的。

我们阅兵式大家看起来很整齐，但是你知不知道背后是什么？背后是艰苦的训练。领子上有一根针放在那里，头一歪这个针就要刺到头颈了，头一定要很正。背上盐都析出来了，头上放一块砖，头一歪砖就要掉下来了。这都是勤奋、辛勤的工作。所以一定要“千淘万路虽辛苦，吹尽狂沙始到金”。你要取得一定的成绩、一定的进步，你一定要付出自己的努力。阅兵式就非常整齐，背后就是勤奋、汗水。

我们青年时期是最富有想象力、创造力的，要勤奋。很多得诺贝尔奖的人都是年轻时候得出来的，我让我的学生们查了一下，得诺贝尔奖有三分之一都是年轻时候的工作。

比如这些人都是年轻时候的工作，很多就是他的博士论文以及博士论文后续的工作得到诺贝尔奖的。这就说明年轻人有非常大的创造力，加上勤奋工作，可以做出创新的工作。爱因斯坦1905年26岁的时候提出狭义相对论，光电效应、光的量子理论都是那一年提出来的。后面是引力波、广义相对论，也是30多岁建立的。引力波当时大家也很感兴趣，两个黑洞合并，我们在地球上观测到了引力波。

这是以色列的大学生做的快递车子，也是很有创新性的。

荷兰他们大学生做的太阳能汽车，可以续航1000多公里，也是很有创新性的。我们从小要热爱科学，树立科学的素养、善于发现的眼睛、扎实的基础知识、浓厚的研究兴趣、出众的动手能力、坚韧的做事态度。

不要像这个人，他要挖井，挖了不行换个地方，再挖马上下面就有水了，又换一个地方去挖了，做事没有做到底。我们一定要有坚韧的做事态度，不要像这个人一样三天打鱼两天晒网。我们还要传承传统美德，我们中国古代有很多思想巨匠，老子、孔子、庄子、孟子、墨子、孙子、韩非子等等，他们都有非常好的中国的传统哲学思想、科学思想、为人之道、处事之道、学问之道。我们要好好地传承。

比如这张照片是廖昌永，有一次在北京开会碰到他。廖昌永就有传统的美德，他第一次出名的时候，人家给他献花、颁奖，主持人说请廖昌永上来拍个照，找不到廖昌永了，他到哪里去了？他跑到台下去了，找他的老师周小燕，他说这个鲜花和奖牌应该是属于你的。他就传承了一种中华民族的传统美德，我们要勤奋、实事求是，传承中华民族的优良美德。

我们既要得到金子、得到知识，我们更要培养一种方法，点石成金的手指，我们还要培养一种精神，金子般的心灵。我们做研究做学问，第一个层次是成果，第二个层次是方法，第三个层次是精神。我们要勤奋踏实培养科学精神，我们要渐进积累实现创新跨越。要培养科技创新的素质，这个素质有很多，我认为八个字非常重要

“勤奋、好奇、渐进、远志”。勤奋就是要刻苦踏实，好奇就是要热爱科学、寻根究底，渐进就是要循序渐进、积累创新，远志就是要树立远大的志向。所以我们要培育飞翔的潜能，培育飞翔的潜能有一个秘诀，那就是练就健康体魄、汲取外界养料、凝聚驱动力量、修炼内在素质、融入时代潮流。

谢谢大家。

主持人：感谢我们褚院士的精彩报告，我们之前已经上传了这次汇报的预告片，很多中小学朋友非常激动，提出了一些科学方面的小问题，有请我们的储院士为我们答疑解惑。之后有一些网友朋友们进行了积极提问，我们的工作人员也会随机抽取屏幕上方弹幕，之后我们也会为大家送精美的礼品，是储院士亲自编写的三本书，也会有我们储院士的亲笔签名。是不是非常激动呢？弹幕刷起来吧！

接下来让我和储院士一起看一下小朋友们提出的问题，（视频，55：30）第一个问题，红外线是如何进入大脑以及如何从大脑外部进入到大脑内部。第二个问题，近红外和远红外的区别，以及红外在医学方面的应用。第三个问题，因为大家都知道小朋友们很害怕验血以及抽血，红外检测的方式能否代替传统的验血和抽血方式呢？

（褚院士您好，我是上海市青少年科学研究院的小研究员余泽玮，今年13岁，非常荣幸能够向您请教，第一个问题是，红外线是如何进入大脑的，它是如何从大脑外部进入大脑内部的；第二个问题是，近红外和远红外有什么区别，而红外在应用在了医学领域哪些特别重要的方面；第三个问题是，我想知道既然红外能够检测血红蛋白的含量，那么红外检测血红蛋白能不能够代替验血或者抽血呢？）

褚君浩：刚才小朋友提的问题非常好，其实红外线它穿到人的脑子里面去是非常有限的，我们脑子有头皮、骨头，骨头里面才是我们脑子的组织。一般的可见光是穿不到人大脑里面去的，红外线波长长的能够穿过一点，比如近红外，波长大概是0.8—1微米左右，脑子里面可以穿进去一部分，也是很短的距离。波长越长，如果波长到太赫兹的波、毫米波，穿到脑子里就会更多一点。红外线对人体传进去多少呢？有一定的限制，主要依赖于我们人体组织对光的吸收。如果把这个光都吸收掉了，它就传不进去了。吸收少的可以穿的深一点，吸收多的就穿的浅一点。近红外和远红外的区别在什么地方，就是波长不一样。我们有近红外、短波红外、中红外、远红外、长波红外，波长不一样，所以我们人为叫几个名字。可见光波长在一定范围里，稍微长一点是红外，红外波长很长的和稍微长一点的又要区分。刚才我报告里有一张图，多少微米到多少微米是近红外，多少微米到多少微米是中红外，这样分开的。我们可以把红外光透过我们的皮肤采集出来，将来在某些方面可以取代一些验血的事情，小朋友现在很害怕抽血验血，现在还不能完全用光学的办法取代。要能够发挥一点作用的，比如红外光透过两个手的大拇指和中指这个地方，或者耳垂下面，近红外的光可以穿过。我们首先要做研究，要知道血和光的强度什么关系。比如血糖或其他方面，和光的强度、衰减程度关系怎么样，先要做研究，把这个东西研究透了以后将来才能用光学的办法在验血、化验里面起到一定的作用。从现在的情况来看还是不能取代的，现在化验还是要抽血，但是不排除进一步地进行一些研究，将来我们得到血液里面不同成分的光谱特征，我们可以通过光谱的办法进行一些化验的尝试，有待于我们将来进一步地研究。你们小朋友将来长大可以研究这个问题。（视频01:00:25）

（褚院士您好，我是上海市青少年科学创新与实践工作站2019学年的学员，我叫李嘉宁，今天很荣幸能有机会向您提问，我的问题是，您觉得未来热成像或者红外光探测传感器，是否有可能像惯性导航传感器一样，通过类似微机电系统的方法，小型化或者微型化，使其重量、功能还有成本降低，以便于大规模搭载到群体飞行的小型无人机上，谢谢您，向您致敬）

（视频01:00:45）红外传感器将来会向小型化方向发展，现在我们的红外传感器从一个单元来说也是非常小的，也就是20个微米左右。但是我们面积做的很大，我们元素很多像素很多，这样加起来它的体积就比较大了，将来我们要进一步研究新原理红外探测器，缩小它的像源，来做的尺寸更小。现在红外探测器已经用MEMS技术了，微加工的技术，器件也是非常小了。进一步再怎么缩小，这个问题要研究新原理的器件才有可能实现。（视频01:01:42）

（褚教授您好，我是上外附中八年级的高云朗，我的问题是随着人工智能技术的发展，机器已经有了深度学习的能力，那大量的信息流，会让机器产生情绪吗，谢谢）

（视频01:01:58）机器能不能产生情绪是一个很难的问题，现在我们的机器可以做一些人设计好的程序，让机器帮他完成，比如下棋可以完成，搬东西可以完成，给他一定的目标，输入一定的信息，按照这个过程进行完成。当然机器人将来发展由他自己能够传感信息，自己来分析、反映，它的功能就更强了。在所有当中最难的就是情绪，比如我们眼光，我的眼光出来可以是很开心的眼光、很恐怖的眼光、很惊吓的眼光，怎么来表达，这是一个课题。如何把我们人的情绪放到机器人当中，这个课题只能逐步完成，先是简单的，比如笑、哭、悲伤，然后才是更加复杂的。将来会逐步提高它的水平。（视频01:03:15）

（褚院士，我是虹口区第四中心小学二年级的舒乐言，请问人工智能的创始人是谁）

（视频01:03:51）人工智能实际上如果说它的创始人从源头来说还是从计算机开始，没有计算机也不可能有人工智能，那就是图灵、冯诺依曼这些计算机的鼻祖搞的。真正提出人工智能是上世纪50年代，大概一九五几年的时候，在MIT有一个人工智能实验室，科学家专门成立了一个人工智能实验室，开始研究人工智能的问题。当时他们有一个研究认为如果一个机器，你和这个机器来进行对话，中间用一个幕布把它隔离，如果你不能分清对面是机器还是人，这个机器就有点像人的样子了。当时有这种猜想和测量的标准，从那个时候就开始提出一些人工智能的观念，50年代的时候。现在人工智能经过很多轮发展，许多科学上面的发展，先是程序化、自动化，现在开始智能化，它的人工智能的智慧程度越来越提高，需要多方面的研究，包括计算机技术、软件技术、控制技术、传感技术、算法，多种技术集中在一起，把人工智能逐步提高它的水平，做更多的事情。（视频01:05:44）

（褚爷爷好，我是上海市民办宏星小学三年级三班的周子纯，我想请教您一个问题，探测器具有类似眼睛这样的功能，正好我们语文课本第四课上学到了复眼，其中有一句是这样说的，凡是有复眼的昆虫，视觉都很灵敏，那么我的问题是，现在是否有类似复眼这种功能的探测器呢，谢谢）

（视频01:06:02）现在我们的探测器都还是单元探测器、焦平面探测器，基本上是比较经典的排列方式。焦平面也是一个平面，现在做在曲面上也可以。（关于）复眼，自然界很多生物比如苍蝇、蜻蜓，前面有很多小的眼睛，功能非常强。这个功能怎么样用到探测器上，这是很好的题目，可以来研究。现在我们的探测器还没有做成像生物那种复眼，具有它那样功能的探测器。这里面有结构问题，有信号输出的问题，有很多材料器件、工艺方面的问题，但这个问题是可以研究的，可以逐步逐步从仿生学的角度做这方面的研究，你这个问题提得也是蛮聪明的。

主持人：感谢褚院士的耐心回答，刚刚有一个小朋友的提问让我印象挺深刻的，他问的是有关机器是否会产生比较负面的情绪，对于大部分程序员来说，大家平时都会写像Java，Circle，Python，用这些深度学习框架的时候经常会遇到自己的电脑或者操作的平台性能方面跟不上的情况，我觉得这种情况实际上也是机器产生负面情绪的一个类型。我们大部分程序员通常都会采用像性能调优或者把大量的数据集放在分布式、集群式的平台上，还有一种方式就是通过硬件，比如说多核、多处理器、多平台，进一步让机器的负面情绪降低，从而实现最后的预测目标。您觉得呢？院士

褚君浩：这里面有两个方面的层次，第一，机器运行慢了，不工作了，有一些硬件或者软件结构的问题，体现出了像情绪一样的表达，这是一种层次。另外一种层次，我们的人工智能，它能不能有意地表达一种情绪，比如这个机器人开心了是不是有一种开心的表情，他看到狗来了有没有恐怖的表情，这是第二个问题。这个方面的问题难度就非常高，比如人看到狗，如果这个狗很好玩，你看到这个狗也许也是笑嘻嘻的，这是人的表情。如果这个狗对你张牙舞爪，你就会有恐怖的感觉。那么一个机器人能不能分清这一点，他看到狗知道狗来了，到底表现开心还是恐怖，如果你这个机器人也能做出这样的反映，那他的表情就出来了，这是一个非常难的问题。目前我们的机器人可以做一些常规的工作，喷油漆、拧螺丝、拿东西，这个可以做到，回答一些问题、外文翻译等等。高级一点的机器人就像打乒乓球的机器人，他可以判断这个球过来以后怎么打回去，这也是机械化、智能化的东西。但是如果要把人的情绪放到这里面，那就是更加高深的问题了，这个问题还有待研究，还有很长的路要走。

主持人：谢谢储院士，接下来一起看一下广大网友朋友们提出的一些问题。我们随机选取我们第一个问题，5G时代的到来对我们的生活会带来什么样的变革呢？

褚君浩：5G时代到来以后，首先信号传递得更快了，速度更快了，这是非常重要的。将来无人驾驶很重要，无人驾驶当中非常重要的是信息传输要非常快，比如看到前面有一个障碍要马上刹车。但是这个刹车能不能很快地反应过来，就和信号传输速度有关。5G提供了一个更加快速的通讯平台，会影响很大。还有信息量，将来我们的信息量更多，过去是一条短信，后来是一篇文章，后来是一个图像，现在是一个视频。将来更大量更快速的信息要交流就靠5G，5G出来以后会对我们的生活、生产产生更大的作用。非常好。

主持人：请问人工智能有一天是否会统治人类？

褚君浩：不可能，因为人工智能是人类创造的，人类一定有办法控制它。而且将来会制定很多方法怎么来控制，既为人类服务做人类的朋友，但同时又不可能统治人类，人类总会想到管理和控制人工智能的方法，这一点我觉得可以做到。现在有很多科幻电影、科幻小说，人工智能很强大，会怎么样怎么样，但是随着科学技术的发展，它毕竟是人创造、发明、研究的，人总有办法控制它、管理它。

主持人：您觉得人工智能下一阶段会在哪些领域大显神通？

褚君浩：首先人工智能机器人可能会大显神通，很多工业上自动化生产过程可以代替人的工作，有些机械化、程序化的事情完全可以让人工智能来做，比如救火、医疗、拧螺丝，生产线上，完全可以用机器人来做。另外非常重要的就是无人驾驶，将来在智慧城市建设、机器人领域、智能制造领域非常派用处，会起到它的作用，使得人类生活、工作更方便。

主持人：当前有一些红外探测器可以在室温下工作，但有些需要在很低的温度下工作，请问决定红外探测器工作温度的因素有哪些？

褚君浩：红外探测器材料系统比如有的时候半导体系统，半导体温度高了以后本身噪音就会比较大，比如碲镉汞探测器，77K工作，摄氏零下200度左右。温度高了以后里面噪音大了，性能就会下降。有些探测器在低温下工作灵敏度很高，甚至于有一些远红外的一直到1个毫米的波段，在4.2K工作。探测器1000个微米左右，在4.2K工作，灵敏度很高。有些探测器室温就可以工作了，波长比较短，比如有些半导体材料室温下就可以工作，像我们手机里面有传感器，手机里面是可见光的，也包括近红外的，室温下就可以工作。和材料有关，和工作的原理有关。现在技物所研究了一种太赫兹探测器，室温中工作的。但是它的性能很高，这就是新原理，新原理研究促进了技术的发明，这个非常重要。探测器工作的温度决定于材料，决定于什么结构，我们现在有的是室温工作，有的是低温工作，他们的特点性能也不一样。现在一般来说热释电探测器都是室温工作的，但是它的性能低一点。半导体工作的碲镉汞等等，温度低，性能高。有这样一个特点。

主持人：感谢储院士细致的回答，今天时间差不多了，今天的活动和储院士的见面到此结束，祝愿储院士身体健康、一切顺利。

褚院士：谢谢

主持人：那我们之后也会抽取幸运观众，寄出我们的精美礼品，今天的节目到此结束，感谢大家的收看！

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本文转载自《墨子沙龙》微信公众号

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