钱塘江边的“大金球”里，挤满了人。
他们有着不同的肤色，说着不同口音的英语，时而在那张硕大的平面图和日程表前昂首驻足，但更多的是脚步匆匆，在4场大会报告、10大前沿主题、27个会议室的60多个分论坛之间，往来穿梭。
这里，是国际工程科学协会2024年度学术会议的现场。
据不完全统计，此次参会学者的院校包括清华大学、浙江大学、麻省理工学院、斯坦福大学、加州理工学院、美国西北大学、普林斯顿大学、伊利诺伊大学、苏黎世联邦理工学院、康奈尔大学、剑桥大学、南洋理工大学等。
8月21～23日，这些来自全球的知名工程领域领军人物、青年科学家、科研工作者，在这里展开一场场密集而热烈的前沿探讨——从流体力学到生物力学，从机器人到先进制造，他们讨论的内容包罗万相，却绕不开一个共同的关键词：人工智能。
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AI与万物皆流
」
George Karniadakis
George Karniadakis，是美国布朗大学应用数学与工程讲席教授、美国工程院院士，同时也是国际工程科学协会（Society of Engineering Science，简称SES）今年颁发的四个资深奖章——G. I. Taylor奖章的获得者，最近被Clarivate Analytics列入2023年高被引科学家名单。
按照惯例，作为资深奖章获得者，他的学术报告是四场大会报告之一，主题为“隐藏的流体力学：从任何（稀疏）数据中学习”。
马克杯里的咖啡，飞机轮船遇到的湍流，经过心脏与大脑的血流……万物皆流。
通过研究流体力学，人们能更好地理解流动中的变化，从而实现更精妙的设计和决策，也许是更稳定的超音速飞机，也许是更安全的船只舰艇，也许是更精密的人体手术治疗手段。
Karniadakis是计算和理论流体动力学专家，在他看来，人工智能正在成为这一领域里尤其瞩目的创新趋势。“目前的讨论主要集中在大语言模型上，这当然是非常重要的，但我认为AI在自然科学领域也大有可为。这也是我正在努力的方向，将计算机科学的许多工具引入物理科学的层面。”他说。
当字节遇到原子，会碰撞出什么样的创新火花？
计算和理论流体动力学的趋势不仅涉及对流体行为的理解，还包括如何利用先进的AI技术来解决复杂的科学问题。
举例来说，我们正在推进一个关于气候建模的项目，目标不仅是预测未来将会发生什么，更重要的是研究当中的因果关系，即是什么导致了什么。这就需要用到图神经网络等人工智能技术。这种技术手段在商业化的机器学习中已经相当流行，但将其引入到气候建模中来，尤其是在气候问题受到全球关注的当下，显得尤为重要。
从技术趋势的角度来看，我认为大语言模型与科学研究相结合所爆发的力量将是非常强大的。借助AI，研究者可以更高效地协作，更快速地开发创新解决方案，从而推动各个领域的进步，无论是基础研究还是应用科学。
这种协作方式将改变我们进行科研的方式。未来的研究团队，可能不再需要如今的规模，只需要保留一些关键的思考者。
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AI与电子皮肤
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张一慧
除了四枚资深奖章，SES还颁发了面向中青年科学家的奖项，即James R. Rice奖章，过往的获奖人均为力学与机械领域的国际知名教授。
今年James R. Rice奖章的获奖者，是来自清华大学的航天航空学院工程力学系长聘教授张一慧，他也受邀在大会上分享了自己最近的前沿研究进展。
张一慧教授的研究，主要聚焦在三维微纳电子器件设计与制造中的关键科学问题研究，在相关力学理论、设计概念、制造方法等方面取得了具有原创性的研究成果。换个好懂一点的例子，他和我们谈论了关于电子皮肤的未来创新。
生物系统很多是由三维的、微纳米尺度的结构构成的。往小看，不同类型的细胞，比如血细胞、神经细胞，都是三维的；往大看，心血管系统、脑神经系统，也都是三维的。在这个背景下，我们想要设计开发出具有类似三维几何形态、仿生力学特性的电子器件，探索这些器件在生物医学、组织工程、机器人等领域中的应用。
一方面，我们希望降低器件的空间分辨率，制造非常精密的三维结构，特征尺寸达到微米或纳米量级，同时尽可能将更多不同的材料兼容在同一个结构中；另一方面，我们想要制造大面积、大阵列的器件，其整体尺寸可达数十厘米，同时又具有微纳米尺度的精细结构，这就需要将缺陷控制在非常低的水平。这是两个重要的发展趋势。
电子皮肤就是这样的例子。
作为新一代的前沿电子器件，电子皮肤的研究致力于模拟再现人类皮肤的物理结构和功能。电子皮肤不仅看起来像皮肤，摸起来像皮肤，甚至具备类似人类皮肤的感知能力。
人的皮肤能够感知温度、压力、摩擦力、振动等，这些都与触觉有关。通知模拟人类的这些触觉感知能力，电子皮肤可与智能机器人集成，为其提供触觉感知能力。
在我课题组的一项最新研究工作中，我们报道了一款具有仿生三维架构的新型电子皮肤系统，可在物理层面实现对压力、摩擦力和应变三种力学信号的同步解码和感知，对压力位置的感知分辨率约为0.1毫米，接近于真实皮肤。相关技术在工业检测、生物医疗、人机交互等方面具有广阔应用前景。
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AI与机器人
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姜汉卿
来自西湖大学工学院的讲席教授姜汉卿，大概是“大金球”内外最忙碌的人。
这场SES 2024年度学术会议之所以落地杭州，正是姜汉卿——国际工程科学协会上一任主席——代表西湖大学经过多轮答辩竞争后，从佐治亚理工、伊利诺伊大学香槟分校、纽约大学等多所美国大学中胜出，拿下的主办权。
这也是国际工程科学协会成立61年来，首次将年度学术会议带出欧美，走进中国。
大会期间，姜汉卿既要作大会学术报告，又要协调大大小小的会务工作，不亦乐乎。
“工程科学的研究，最终目标是什么？是建立人类、环境、技术之间更好的互动。”姜汉卿说，这里的环境，不仅是我们习以为常的四周，还有另一片既远在天边、又触手可得的虚拟世界。
一年前，姜汉卿实验室从古老的东方技艺“折纸”中汲取灵感，在国际上首次提出并开发了“高保真主动机械触感交互系统”，为元宇宙带来了全新的触觉感知维度，率先实现了从虚拟到真实的关键突破。
他和张一慧教授的研究，一方在虚拟，一方在现实。
由此出发，姜汉卿在这次会议上注意到，以力学研究为中心，这些和机器人有关话题正在会场的各个角落快速发酵。
人体是柔软的，而机器人是刚性的。
工业机器人无法与人类密切互动，是因为刚柔无法并济。这正是为什么研究人员热衷于软体机器人的这些研究方向：使用怎样的新材料、新结构、新设计、新控制，来制造软体机器人，使之与人进行更好的交互。
想象一下，Google用20年时间，从一家小公司发展成互联网巨头。以此类比，20年后能把机器人带到千家万户的公司，很可能像Google一样快速成长。当然，这是一个高度跨学科的领域，挑战不仅仅来自力学，而是来自整个工程学科。比如，想让机器人理解并回应人类的身体和情感信号，就需要理解人类说话的语气，这就需要大语言模型和机器学习发挥作用。
此次年度学术会议也在这方面做出了很多努力，尽管研讨主题更多聚焦在力学，但真正的目标是跨越多个学科进行合作。20年后，如果人类真正拥有一个机器人家庭成员，它的身上一定集成了机械工程、电气工程和计算机科学等多个领域的创新。
这将是一场巨大的创新，这就是未来。
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AI与工程科学
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Yashashree Kulkarni
工程科学协会创建于1963年，是目前力学和机械工程领域的主要国际协会之一，成员超过3000人，遍及几十个国家和地区。
Yashashree Kulkarni教授来自美国休斯顿大学，也是国际工程科学协会现任主席。作为这场学术会议的主办方代表，她这次的主要任务不是学术分享，也因此有了更多时间坐在不同的分论坛观众席，观察不同领域的前沿趋势。
我主要从事固体力学研究，研究固体物体的形变。如果你想盖一座房子、造一座桥，甚至是如今非常流行的纳米技术设备，都需要了解这些固体物体是如何变形和断裂的。这是传统意义上的“工程”。
如今，我看到同样的原理，开始用在新型材料和设备制造上，比如用来设计可折叠、可穿戴的电子产品，又比如用来理解生物细胞和组织的力学特性等。我自己目前的一部分研究工作，正是在生物物理学领域开展的，我们试图去理解生物材料的力学特性及其风险，同时研究它们在药物输送等生物医学应用中的潜力。
在这样的创新趋势中，人工智能和数据驱动的方法将引发一场全新的革命。
人工智能将带来更强大的计算模拟能力，许多应用领域已经开始出现变化。过去，研究人员必须深入了解物理原理、开发模型并验证其预测效果；而现在，数据无处不在，研究人员可以利用这些数据构建模型。这意味着我们可以跳过一个曾经耗时且需要深思熟虑的步骤。
这场技术革命将对工程科学领域产生莫大的影响，但我们在拥抱技术的同时，也必须保持谨慎。因为AI给出的结果并不总是准确，我们需要认真思考这些结果的准确性以及做出这些判断所依据的假设，确保没有遗漏什么关键信息。
以上这些讨论，只占国际工程科学协会2024年度学术会议的极小一部分。即使是这极小的一部分，展现了跨学科合作的巨大潜力。
在这里，数学的、力学的、化学的、材料的、电子的，甚至是生物的……他们不再用学科语言划分交流的边界，他们彼此讨教也彼此分享。
今天，连接他们的共同语言是AI；未来是什么，还没有人知道。
但回到姜汉卿的那句“工程科学研究的最终目标”，将所有人跨越国界、跨越学科、跨越语言聚到一起来的，是对于“人、环境、技术之间更好互动”的期待。
那是我们每个人都将抵达的未来。
文章来源：西湖大学WestlakeUniversity
编辑丨冯 怡
校对丨徐 珊
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西湖大学工学院面向国家战略性新兴产业发展重大需求，着力建设交叉学科与新兴学科为特色的工程技术学科群，努力建成国家重大科学技术研究和拔尖创新人才培养的重要基地。工学院以国际高端人才为学科带头人构建科研团队，分阶段、分领域打造一流人才队伍。
工学院目前重点建设七大研究领域 (Programs)——人工智能与数据科学、生物医学工程、化学与生物工程、电子信息科学与技术、材料科学与工程、机械科学与工程、可持续发展与环境工程。围绕七大领域，工学院已建成一批高水平实验室和研究中心，其中已获批成立全省3D微纳加工和表征研究重点实验室、全省智能低碳生物合成重点实验室，培育建设浙江省海岸带环境与资源研究重点实验室，建立微纳光电系统集成浙江省工程研究中心。
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