自 19 世纪以来,动态物理系统的热力学和计算特性之间的关系一直是理论界关注的焦点,随着数字设备的能量成本在过去半个世纪中呈爆炸式增长,这一关系也具有越来越重要的实际意义。现实世界计算机最重要的热力学特征之一是,它们在有限的时间内以许多快速(共同)演化的自由度运行,远离热平衡。这种计算机还必须几乎始终遵守对其工作方式的多种物理约束。例如,所有现代数字计算机都是周期性过程,由全局时钟控制。另一个例子是,许多计算机都是模块化、分层系统,对其子系统的连接性有严格的限制。这种特性既适用于自然产生的计算机(如大脑或真核细胞),也适用于数字系统。现实世界计算机的这些特征在 20 世纪对计算过程热力学的分析中是不存在的,这些分析侧重于准静态慢速过程。然而,随机热力学领域在过去几十年中得到了发展——它提供了分析具有真实计算机特征的系统的形式化工具。我们在此认为,这些工具以及随机热力学领域目前正在开发的其他工具可能有助于我们在更深层次上理解动态系统的基本物理特性与其执行的计算之间的关系。
人工智能(AI)是一种具有学习、推理和判断能力,模仿人类智能的计算机程序。人工智能的基础是机器学习,机器学习又可分为监督学习(机器根据正确答案数据进行学习)和非监督学习(机器无需正确答案数据即可学习并分类特征)。监督学习是主要方法。在机器学习中,神经网络是一种模仿人类神经元的人工神经元组合而成的分层系统,当层数变得更深时,就称为深度学习。 .深度学习的进步极大地提高了人工智能的性能。人工智能正在被应用到各个领域,其中人工智能在临床实践中的应用尝试正在加速。近年来有关人工智能在神经系统疾病治疗中的应用的报道迅速增加。人工智能已经用于神经影像分析,但最近它已应用于自动语音识别 (ASR) 和自然语言处理 (NLP)。利用人工智能通过可穿戴设备和视频进行访谈和神经系统发现的数字化运动分析,现在可以使用人工智能来分析以前难以处理的神经学发现。这是可能的。此外,从血液、脑脊液等生物样本中寻找生化生物标志物的研究也在进行中,利用AI对多组学数据进行分析的研究也备受关注。未来,预计AI的进一步发展将实现更加准确的诊断和预后预测。
表编号描述表1缩写列表表2美国糖尿病协会“ ADA”的证据级别表3肾脏疾病的证据级别改善了全球结果“ KDIGO”表4国际工作组的糖尿病上工作组的证据级别“ IWGDF”的“ IWGDF”的证据级别“ IWGDF”表5妊娠糖尿病的诊断标准表10诊断糖尿病和糖尿病前期的标准表11糖血症目标表12胰岛素的各种方案的特征13使用表14使用表14使用的特征及其特征性的iNsigation in Insgy in Instot in Insgy in Insgy in Instrict in Instrict in Instrict in Insgy in Instrict in Insgy insigation Insgy in Instry in Instry interpt胰高血糖状肽-1受体激动剂表表17关于切换胰岛素产品的建议表18口腔抗糖尿病药物组表19抗糖尿病类别的最重要技巧表20监测标准和频率表21低血糖分类表22低血糖症状症状应表23低血糖治疗技巧,以至于患者表24疾病及其疾病的杂物24差异化蛋白综合征表25糖尿病神经病分类表26用于预防的他汀类药物疗法表27糖尿病足分类表28风险分层系统和(IWGDF)的脚部筛查频率(IWGDF)表29糖尿病脚感染的潜在经验治疗
在 21 世纪的最初几十年,集中力量可以统一基于自然统一的科学,从而推动纳米技术、生物技术、信息技术和基于认知科学的新技术的结合。如果适当关注伦理问题和社会需求,融合技术可以极大地提高人类的能力、社会成果、国家生产力和生活质量。这是一个广泛、跨领域、新兴和及时的机会,从长远来看,个人、社会和人类都会感兴趣。“融合技术”一词是指四大“NBIC”(纳米-生物-信息-认知)科学技术领域的协同结合,每个领域目前都在快速发展:(a)纳米科学和纳米技术;(b)生物技术和生物医学,包括基因工程;(c)信息技术,包括高级计算和通信;(d)认知科学,包括认知神经科学。时机成熟,机遇广阔。多种技术的融合基于纳米级的材料统一和该尺度的技术集成。所有科学的基础物质构成要素都源自纳米级。以前分开的科学和技术领域之间的接口发生了革命性进展,为 NBIC 技术创造了关键的转型工具。系统方法、数学和计算与 NBIC 相结合的发展使我们首次将自然世界、人类社会和科学研究理解为紧密耦合的复杂、分层系统。在技术成就发展的这一时刻,通过技术集成来提高人类绩效已成为可能。收益的例子包括提高工作效率和学习能力、增强个人感官和认知能力、医疗保健领域的革命性变化、提高个人和团体创造力、包括脑对脑交互在内的高效沟通技术、完善包括神经形态工程在内的人机界面、包括神经人体工程学在内的可持续和“智能”环境、增强人类的防御能力、使用 NBIC 工具实现可持续发展以及改善衰老过程中常见的身体和认知衰退。研讨会参与者预计未来 10 到 20 年 NBIC 相关领域将取得重大突破。基础研究需要大约相同的间隔才能产生重要的应用。现在是预测研究问题并规划能够产生最佳结果的研发方法的时候了。本报告解决了关键问题:统一科学和融合技术的含义是什么?科学知识和现有技术将如何发展,以及预计会出现哪些新兴发展?哪些有远见的想法可以指导研究,为人类带来广泛的利益?最紧迫的研究和教育问题是什么?我们如何制定变革性的国家战略来提高个人能力和整个社会
图 1:光聚合物分层系统 (Wikipedia.org)。.............................................................. 2 图 2:使用相交激光束的光雕塑过程 (Swainson, 1977)。......... 3 图 3:塔式喷嘴固体自由成型技术 (drajput.com).................................... 4 图 4:简单的分层铸造模具 (DiMatteo, 1976)。.............................................................. 4 图 5:粉末选择性激光烧结工艺 (Wikipedia.org)。................................................ 5 图 6:FDM 工艺图 (Reprap.org)。.................................................................... 7 图 7:DFA 分析软件用户界面 (Boothroyd et al, 2011)。.................................... 11 图 8:MakerBot 的 MakerWare 用户界面。(Makerbot.com) .................................... 14 图 9:简化的挤压系统,说明轴位置 (Wikipedia.org)。........... 20 图 10:GE Aviation 的增材制造燃油喷嘴 (Rockstroh 等人,2013)。......... 21 图 11:通过 DMLS (EADS) 优化和制造的两个航空航天支架。....... 23 图 12:"Over-the-wall" 设计方法的说明 (Munro & Associates,1989)。...... 24 图 13:成本与影响图“谁投下的阴影最大?” (Munro & Associates,1989)。...................................................................................................................................... 24 图 14:显示不同材料和制造方法之间兼容性的图表(Boothroyd & Dewhurst,2011)............................................................................................. 26 图 15:alpha 和 beta 旋转对称值(Boothroyd et al,2011)。................... 28 图 16:影响零件处理的几何(左)和其他(右)特征(Boothroyd et al,2011)。...................................................................................................................................... 28 图 17:提高组装便利性的示例(Boothroyd et al,2011)。................................ 28 图 18:影响插入时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999)。...................................................................................................................... 30 图 19:影响手动处理时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999)。................................................................................................ 31 图 20:原始控制器组件(Boothroyd 等人,2011 年)。...................................................... 32 图 21:分析前(左)和分析后(右)的控制器组件(Boothroyd 等人,2011 年)。........................................................................................................................................... 34 图 22:当前门铰链的组件。........................................................................................................... 35 图 23:两个已安装铰链的 CATIA 模型和负载分析方向(湾流宇航)。.................................................................................................................................... 36 图 24:弹簧球和铰链止动器的特写............................................................................. 37 图 25:重新设计的用于增材制造的门铰链。.................................................... 39 图 26:鹅颈加固前后的视觉对比。........... 41 图 27:重新设计前后球柱塞壳体的视觉对比。........... 41 图 28:原始铰链组件上用于插入计算的投影槽。......... 43 图 29:重新设计的铰链组件上用于插入计算的投影槽。.... 43
图 1:光聚合物分层系统 (Wikipedia.org)。...................................................................... 2 图 2:使用相交激光束的光雕塑过程 (Swainson, 1977)。........................................ 3 图 3:塔式喷嘴固体自由成型技术 (drajput.com)....................................................... 4 图 4:简单的分层铸造模具 (DiMatteo, 1976)。...................................................................... 4 图 5:粉末选择性激光烧结工艺 (Wikipedia.org)。...................................................... 5 图 6:FDM 工艺图 (Reprap.org)。............................................................................. 7 图 7:DFA 分析软件用户界面 (Boothroyd et al, 2011)。...................................................... 11 图 8:MakerBot 的 MakerWare 用户界面。(Makerbot.com)............................................. 14 ........... 20 图 10:GE Aviation 通过增材制造的燃油喷嘴(Rockstroh 等,2013 年)。 ........................ 21 图 11:通过 DMLS(EADS)优化和制造的两个航空航天支架。 ........................ 23 图 12:“Over-the-wall”设计方法图解(Munro & Associates,1989 年)。 ...... 24 图 13:成本与影响图“谁投射的阴影最大?”(Munro & Associates,1989 年)。 ......................................................................................................................................... 24 图 14:显示不同材料和制造方法之间兼容性的图表(Boothroyd & Dewhurst,2011 年)......................................................................................................... 26 图 15:alpha 和 beta 旋转对称值(Boothroyd 等,2011 年)。 ................................... 28 图 16:影响零件处理的几何特征(左)和其他特征(右) (Boothroyd et al, 2011). ........................................................................................................................................... 28 图 17:提高装配简易性的示例 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................................. 28 图 18:影响插入时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 30 图 19:影响手动处理时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 31 图 20:原始控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................. 32 图 21:分析前(左)和分析后(右)的控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ................................................................................................................................................................. 34 图 22:当前门铰链的组件。 ...................................................................................................... 35 图 23:两个已安装铰链的 CATIA 模型和负载分析方向(湾流宇航)。 ...................................................................................................................... 36 图 24:弹簧球和铰链止动器的特写。 ...................................................................................... 37 图 25:重新设计的增材制造门铰链。 ...................................................................................... 39 图 26:合并前后鹅颈的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 27:重新设计前后球柱塞壳体的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 28:原始铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43 图 29:重新设计的铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43
图 1:光聚合物分层系统 (Wikipedia.org)。...................................................................... 2 图 2:使用相交激光束的光雕塑过程 (Swainson, 1977)。........................................ 3 图 3:塔式喷嘴固体自由成型技术 (drajput.com)....................................................... 4 图 4:简单的分层铸造模具 (DiMatteo, 1976)。...................................................................... 4 图 5:粉末选择性激光烧结工艺 (Wikipedia.org)。...................................................... 5 图 6:FDM 工艺图 (Reprap.org)。............................................................................. 7 图 7:DFA 分析软件用户界面 (Boothroyd et al, 2011)。...................................................... 11 图 8:MakerBot 的 MakerWare 用户界面。(Makerbot.com)............................................. 14 ........... 20 图 10:GE Aviation 通过增材制造的燃油喷嘴(Rockstroh 等,2013 年)。 ........................ 21 图 11:通过 DMLS(EADS)优化和制造的两个航空航天支架。 ........................ 23 图 12:“Over-the-wall”设计方法图解(Munro & Associates,1989 年)。 ...... 24 图 13:成本与影响图“谁投射的阴影最大?”(Munro & Associates,1989 年)。 ......................................................................................................................................... 24 图 14:显示不同材料和制造方法之间兼容性的图表(Boothroyd & Dewhurst,2011 年)......................................................................................................... 26 图 15:alpha 和 beta 旋转对称值(Boothroyd 等,2011 年)。 ................................... 28 图 16:影响零件处理的几何特征(左)和其他特征(右) (Boothroyd et al, 2011). ........................................................................................................................................... 28 图 17:提高装配简易性的示例 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................................. 28 图 18:影响插入时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 30 图 19:影响手动处理时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 31 图 20:原始控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................. 32 图 21:分析前(左)和分析后(右)的控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ................................................................................................................................................................. 34 图 22:当前门铰链的组件。 ...................................................................................................... 35 图 23:两个已安装铰链的 CATIA 模型和负载分析方向(湾流宇航)。 ...................................................................................................................... 36 图 24:弹簧球和铰链止动器的特写。 ...................................................................................... 37 图 25:重新设计的增材制造门铰链。 ...................................................................................... 39 图 26:合并前后鹅颈的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 27:重新设计前后球柱塞壳体的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 28:原始铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43 图 29:重新设计的铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43
图 1:光聚合物分层系统 (Wikipedia.org)。.............................................................. 2 图 2:使用相交激光束的光雕塑过程 (Swainson, 1977)。......... 3 图 3:塔式喷嘴固体自由成型技术 (drajput.com).................................... 4 图 4:简单的分层铸造模具 (DiMatteo, 1976)。.............................................................. 4 图 5:粉末选择性激光烧结工艺 (Wikipedia.org)。................................................ 5 图 6:FDM 工艺图 (Reprap.org)。.................................................................... 7 图 7:DFA 分析软件用户界面 (Boothroyd et al, 2011)。.................................... 11 图 8:MakerBot 的 MakerWare 用户界面。(Makerbot.com) .................................... 14 图 9:简化的挤压系统,说明轴位置 (Wikipedia.org)。........... 20 图 10:GE Aviation 的增材制造燃油喷嘴 (Rockstroh 等人,2013)。......... 21 图 11:通过 DMLS (EADS) 优化和制造的两个航空航天支架。....... 23 图 12:"Over-the-wall" 设计方法的说明 (Munro & Associates,1989)。...... 24 图 13:成本与影响图“谁投下的阴影最大?” (Munro & Associates,1989)。...................................................................................................................................... 24 图 14:显示不同材料和制造方法之间兼容性的图表(Boothroyd & Dewhurst,2011)............................................................................................. 26 图 15:alpha 和 beta 旋转对称值(Boothroyd et al,2011)。................... 28 图 16:影响零件处理的几何(左)和其他(右)特征(Boothroyd et al,2011)。...................................................................................................................................... 28 图 17:提高组装简易性的示例(Boothroyd et al,2011)。................................ 28 图 18:影响插入时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999)。...................................................................................................................... 30 图 19:影响手动处理时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999)。................................................................................................ 31 图 20:原始控制器组件(Boothroyd 等人,2011 年)。...................................................... 32 图 21:分析前(左)和分析后(右)的控制器组件(Boothroyd 等人,2011 年)。........................................................................................................................................... 34 图 22:当前门铰链的组件。........................................................................................................... 35 图 23:两个已安装铰链的 CATIA 模型和负载分析方向(湾流宇航)。.................................................................................................................................... 36 图 24:弹簧球和铰链止动器的特写............................................................................. 37 图 25:重新设计的用于增材制造的门铰链。.................................................... 39 图 26:鹅颈加固前后的视觉对比。........... 41 图 27:重新设计前后球柱塞壳体的视觉对比。........... 41 图 28:原始铰链组件上用于插入计算的投影槽。......... 43 图 29:重新设计的铰链组件上用于插入计算的投影槽。.... 43
图 1:光聚合物分层系统 (Wikipedia.org)。...................................................................... 2 图 2:使用相交激光束的光雕塑过程 (Swainson, 1977)。........................................ 3 图 3:塔式喷嘴固体自由成型技术 (drajput.com)....................................................... 4 图 4:简单的分层铸造模具 (DiMatteo, 1976)。...................................................................... 4 图 5:粉末选择性激光烧结工艺 (Wikipedia.org)。...................................................... 5 图 6:FDM 工艺图 (Reprap.org)。............................................................................. 7 图 7:DFA 分析软件用户界面 (Boothroyd et al, 2011)。...................................................... 11 图 8:MakerBot 的 MakerWare 用户界面。(Makerbot.com)............................................. 14 ........... 20 图 10:GE Aviation 通过增材制造的燃油喷嘴(Rockstroh 等,2013 年)。 ........................ 21 图 11:通过 DMLS(EADS)优化和制造的两个航空航天支架。 ........................ 23 图 12:“Over-the-wall”设计方法图解(Munro & Associates,1989 年)。 ...... 24 图 13:成本与影响图“谁投射的阴影最大?”(Munro & Associates,1989 年)。 ......................................................................................................................................... 24 图 14:显示不同材料和制造方法之间兼容性的图表(Boothroyd & Dewhurst,2011 年)......................................................................................................... 26 图 15:alpha 和 beta 旋转对称值(Boothroyd 等,2011 年)。 ................................... 28 图 16:影响零件处理的几何特征(左)和其他特征(右) (Boothroyd et al, 2011). ........................................................................................................................................... 28 图 17:提高装配简易性的示例 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................................. 28 图 18:影响插入时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 30 图 19:影响手动处理时间的零件特征原始分类系统 (Boothroyd Dewhurst, Inc. 1999). ............................................................................................................. 31 图 20:原始控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ............................................................................................. 32 图 21:分析前(左)和分析后(右)的控制器组装 (Boothroyd et al, 2011). ................................................................................................................................................................. 34 图 22:当前门铰链的组件。 ...................................................................................................... 35 图 23:两个已安装铰链的 CATIA 模型和负载分析方向(湾流宇航)。 ...................................................................................................................... 36 图 24:弹簧球和铰链止动器的特写。 ...................................................................................... 37 图 25:重新设计的增材制造门铰链。 ...................................................................................... 39 图 26:合并前后鹅颈的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 27:重新设计前后球柱塞壳体的视觉比较。 ............................................................................. 41 图 28:原始铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43 图 29:重新设计的铰链组件上用于插入计算的投影槽。 ............................................................................. 43
变电站下游和少数双向电力流的集成控制。可见性和控制的提高可以改善态势感知和电网运行,从而有可能提高服务(即能源、容量、辅助)的可负担性。随着越来越多的低成本风能和太阳能加入电网,以及一些基载电厂的退役,可变发电的相对水平上升。再加上更多低成本存储的增加和能源效率进步带来的电力增长抵消,正在改变许多电网运营区域所需的能源、容量和辅助服务的平衡,从而影响能源系统未来的可负担性、可靠性和弹性。• 增加基于电力电子的管理和控制:家庭、企业和公用事业公司不断在电网上安装新设备(例如电动汽车充电器、屋顶太阳能、储能和智能家电)。随着这些新设备的数量增加到数百万,需要新的解决方案和功能来优化配电系统管理。处理与大量设备之间的通信以及由此产生的大数据的能力也成为管理电网的挑战。在最佳系统中,大容量电力和配电系统之间将有可靠的通信和可视性,以保持整体电网平衡并最大限度地提高资产利用率;因此,配电和大容量电力系统之间的无缝电力流、通信和数据管理将为运营决策创造更多实时选项,既有利于客户偏好,也有利于电网稳定。配电和大容量电力系统两侧的众多设备以及新的太阳能和风力发电厂将通过电力电子设备进行交互,这可以提高稳定性并在设备和子系统之间提供可控的接口,但通过加快或减慢同步发电设备的速度来管理电力流或抑制不稳定性是不够的;因此,需要开发用于高渗透率电力电子设备的控制和集成策略。• 能源系统混合:HES 中未知的相互依赖性(电网、电气化交通和燃料等领域交叉的系统)对电网提出了挑战。在这些系统中,技术、发电类型和控制策略的混合增加了集成的复杂性。HES 既可以作为新发电和存储的有意集成,也可以通过结合新控制架构中的单个技术(例如微电网)而存在。为了降低混合风险,我们需要研究电能到 X(其中 X = 分子、氢、热等)、可控负载(例如电动汽车、建筑物和工业负载)和多时间尺度控制策略。通过在集成和规划阶段将大规模发电、存储、高级控制和网络安全的交互纳入 HES,可以管理相互依赖的挑战。• 网络安全控制策略:随着单一大型发电机被数百万个分布式风力发电厂、光伏 (PV) 系统和存储系统所取代,并且随着家庭、商业建筑和工业设施开始通过削减、转移和调节负载来管理 DER,对脆弱的通信和控制系统的依赖正在增加。整个大型电力系统和电网边缘的分散通信和控制系统比当前的分层系统存在更多漏洞;但是,这些系统的本地传感和控制的大幅增加可以实现对网络或物理攻击的自动识别和响应