新疆生产建设兵团第二中学 新疆 乌鲁木齐 830002
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随着科学技术的进步,我们的生活越来越便利。比如水龙头利用红外线感应可以自动出水,帮助我们洗手的时候节约了水资源等等。科研人员从来没有放弃对新技术,新领域的探索,相信大家对红外线,激光,纳米,人工智能等技术都有一些了解,而太赫兹技术大家可能会比较陌生。不过近年来科研人员对太赫兹技术的不断探索研究出太赫兹安检仪,发现太赫兹脉冲成像(TPI) 太赫兹时域光谱,他们被应用于卫星通讯和公共安全的安检方面,在医疗方向针对癌症,皮肤病,活体的探测鉴定都具有重大贡献,太赫兹技术越来越被用于造福我们的生活。人工智能技术无论是在工业领域,还是在医疗,教育,交通都得到广泛应用。人工智能与太赫兹技术的融合让我们感受到人类生活在向更好的方向迈进,所以人工智能技术和太赫兹技术均被誉为改变世界的技术。
人工智能技术与太赫兹技术为什么被誉为改变世界的技术?它们本身具有什么特点?能够为人类的生活带来哪些改变,它们未来的发展是如何的呢?让我们一起来了解。
什么是人工智能?人工智能主要是代替人工解放劳动力的智能机器。最初的人工智能只是模拟人类智慧进行简单的计算,如计算机。后来由于信息新环境的出现,人们对人工智能领域的探索提出新的要求,力图人工智能像人类一样具备识别,学习,行为动作流畅等特点。人工智能技术就是实现对特定的目标任务进行重复操作。目前我国的人工智能技术主要做的细分领域有图片识别,语音识别等。人工智能机器人通过植入的专用芯片可以更好地感应,识别,从而进行重复动作达到人类所需的要求。这一技术让机器,人,物之间因为互联网环境得到更好的链接,从而推动大数据的涌现。比如人工智能机械手抓取物品并移动到指定区域就是依靠人工智能技术。人工智能机械手的周围会有需要被移动的目标物,然后机械手是通过传感器对目标物有感应,机械手进一步对目标物识别然后抓取,最后将目标物移动并稳定放置指定区域。这一系列的动作最关键的是人工智能技术对物体的感应识别。同理人工智能不仅仅可以做简单的重复动作,人工智能还可以进行更加精密的计算从而给出正确结果。比如如何识别图片中的图像是猫?人工智能是怎么做到的呢?那就需要我们给人工智能机器大量有关猫的图片,它会对图片进行识别验证,当图片中的图像与人工智能系统里的数据相符时即是匹配成功,人工智能会做出判断及时验证图片中的图像是猫。这样的练习次数越多,人工智能识别的速度以及精确度越高,同时大量的数据也是识别的重要保证,因为数据越多,可参照的标准越多,从而识别的越精准。目前人工智能技术广泛应用于工业,家居,零售,教育,交通,医疗等领域,是人类的好帮手。
什么是太赫兹?太赫兹是指电磁波波动频率的单位之一。泛指频率在0.1-10THz波段(对应波长为30-3000μm)范围内的电磁波,介于红外和微波之间,见下图1。而太赫兹技术就是通过太赫兹波动频率探测对物质结构的穿透力或非极性液体吸收的敏感度从而形成可分辨的稳定光谱。科研人员再通过这些可分辨光谱不断进行验证,进一步探测光谱的稳定。被验证的太赫兹光谱可应用于定性鉴别或识别,比如港口码头或者飞机安全等公共场所,可以通过太赫兹技术识别人们是否有携带易燃易爆的打火机,酒精;也可以通过太赫兹技术对活体进行鉴别是否有携带冰毒等违禁品,由此可见太赫兹技术也可以应用于医疗领域,首先太赫兹技术对人体是没有危害的,所以它具有安全性。其次太赫兹技术定性鉴别以及成像可快速帮助医生进行专业判断,比如太赫兹波谱穿透力的特点可鉴别人体内是否存在肿瘤,利用的即是太赫兹成像的特点,因为健康的身体与携带肿瘤的成像是有区别的。鉴别速度之快节省了医生以及患者的时间成本,同时也可以在发现患者身体内存在肿瘤时及时准备治疗,不会因为时间的延迟而导致患者肿瘤恶性病变甚至死亡。太赫兹技术在进行外科手术时也可以起到关键作用,比如太赫兹技术成像可以准确识别肿瘤或异物的位置,减少了手术过程因切除过大造成不必要的肉体损伤抑或切除不干净导致再次复发等问题。
图1、太赫兹
了解了人工智能与太赫兹技术是什么,它们各自的特点及其发展,那么人工智能与太赫兹技术之间是否有共通的可兼容的融合点呢?它们之间可融合的部分能够应用于哪些领域?又将如何改变我们的生活?
我们从人工智能与太赫兹技术本身所具备的特点可以知道无论是人工智能技术还是太赫兹技术,它们都具备对物体的感知与识别,这两方面可以让人工智能和太赫兹技术在应用上有一个融合点,举个例子,在特别的环境下如地震,会有一些生命被压在废墟之下,他们会因为长期没有进水进食而导致身体虚弱无法呼救。太赫兹技术具备很强的穿透力,它可以透过各种建筑材料探测深度多少以内是否还有存活的人在废墟之下,而人工智能的穿戴设备也可以记录人的身体特征,比如通过蓝牙或者数据上传、定位、传感系统等了解人的位置,再利用是否存在数据动态来确定人的状态。在这种特别的环境下,太赫兹技术以及人工智能技术的穿戴设备都可以让救援更加及时,不遗漏任何可能性。
自适应通信主要的核心内容有两个,一个是信息数据的传输,二是在传输过程中可以自行调节匹配适合传输数据的环境。因为信息数据的传输会因为受环境的影响而产生损耗导致信息质量不能保证,比如沙尘暴,海底水域等恶劣环境条件下都会影响信息数据传输的质量,太赫兹具有很强的穿透力,虽然会受空气中水分子的敏感吸收受到影响,但是太赫兹的传输相当稳定,尤其是短距离的的传输非常具有优势,且自适应通信本身具备自调节的特点,可以在传输过程中针对环境进行选择,而人工智能的识别感应与太赫兹短波频率波动会即时有效的保证数据信息传输过程的稳定性,质量也更高。不会因为环境的影响造成能量损耗而中断通信。
太赫兹技术具有很强的穿透力的特点,而人工智能具有识别传感的特点。人工智能与太赫兹技术这两点的技术融合可以广泛适用公共场所的安全防卫。比如在地铁,港口,飞机场,火车站,客车站,商场等公共场所都会有大批量的安检人员进行分流安全监察,外套,手提包,女士长头发,内衣,鞋帽袜子里都可能携带匕首或者毒品,随手拿的矿泉水也可能是酒精等易燃易爆等液体,箱体内侧是否夹带炸药或枪械等违禁品。都需要人工或者机器扫描检查。但是这样的检查一方面很容易浪费时间,另一方面如果真的遇到危险,安检人员的生命安全将会受到威胁,但是如果将有穿透力的太赫兹技术与人工智能的智能传感应用与安检,那么就不需要安全人员贴身检查了。只要通过太赫兹安检机器,人工智能就能自动识别人体,太赫兹技术比现在一般的红外线安全检测更加精准,它会立马检测到我们携带的物品,如有违规物品,就会及时报警。这就完美解决了安检的问题,也节省了人力成本,同时又能提高安全检查的效率。被检查出的违禁品可以被人工智能拦截进入公共区域,从而保证大众的人身安全不受威胁。太赫兹人体安检系统,见下图2。
图2、太赫兹人体安检系统
人工智能与太赫兹技术不仅仅应用于公共安全,还可以应用于军事情报。有时候我们会从新闻了解到会有一些不法分子,恐怖袭击的事件发生在公车,商场等人员密集的地方,甚至会有人被当人质挟持,在密闭的环境下如何知道不法分子的位置,活动人数,枪支弹药数量,人质数量以及安全系数,是否有易燃易爆的物品,这个时候太赫兹技术也是通过成像探测地表,透过雷达探测人体水分体征,金属的强反射等,透过墙面确定房间人数以及移动状态,从而确定应对方保障人身安全。
太赫兹波的频率要高于微波,所以太赫兹的通信传输容量大、速率高;同时,太赫兹波相比于微波波束要窄、信噪比高,所以太赫兹通信的方向性更好、保密性强。虽然,太赫兹波经过液体介质(包括空气中的云雾)具有强吸收的特点,但是用于近距离、有向通信,具有效率高、信息安全性强的优势。在信道拥堵、干扰纷繁的战场,这样的优势更加难能可贵。关于如何大规模地运用太赫兹,进行近距离、有向通信,人工智能技术将派上用场。在人工智能的支撑下,太赫兹通信可以柔性自组网,自适应进行通信,可以有效开展军事情报等信息安全应用。由于太空中没有大气水分子的影响,同样的技术还可以用于太空领域的卫星间的安全、高速通信。
科技是第一生产力,太赫兹电磁波是一种新的,具有独特优势的电磁波辐射源,太赫兹技术中太赫兹脉冲成像(TPI) 太赫兹时域光谱可以应用于对细菌,血液,人体肿瘤的检测;太赫兹安检仪可应用于公共安全,太赫兹的短波波动频率结合人工智能在军事情报,信息安全,通信等领域均可以做到前所未有的成绩,人工智能与太赫兹技术的融合应用将再次改变人类生活,它们也被称作改变世界的技术。