自动化所类脑工程总体部绘制有关脑模拟和类脑计算

薄板自动焊接机器人

子母式机器鱼

长鳍波动推进机器鱼

　　机器人作为“制造业皇冠上的明珠”，“其研发、制造、应用是衡量一个国家科技创新和高端制造业水平的重要标志。机器人主要制造商和国家纷纷加紧布局，抢占技术和市场制高点。”在2014年6月召开的两院院士大会上，习近平总书记向我国科学家提出了如此命题。

　　在今年两会政府工作报告中，国务院总理李克强提出：“推动产业结构迈向中高端。制造业是我们的优势产业。要实施‘中国制造2025’，坚持创新驱动、智能转型、强化基础、绿色发展，加快从制造大国转向制造强国。”

　　面对机遇与挑战，作为科技国家队的中国科学院自动化研究所（以下简称自动化所）正在一步一个脚印笃学践行。在中国科学院“三个面向”办院方针的指引下，自动化所积极推动“率先行动”计划的落实并努力实施“一三五”战略规划。自动化所所长王东琳近日在接受《中国科学报》记者采访时表示，作为以智能化立所的自动化所，未来将围绕自身战略定位和发展方向，建立健全适应新形势、新要求的新体制、新机制，为实现研究所的跨越发展作出贡献。

　　经过50多年的发展与演变，自动化所以模式识别国家重点实验室、复杂系统管理与控制国家重点实验室、国家专用集成电路设计工程技术研究中心为依托，以国家需求和战略目标为导向，以提高科技创新能力为主线，取得了一系列科技创新成果。

　　“2014年是自动化所‘一三五’规划实施关键年，全所上下深入贯彻落实院党组战略部署，扎实推进‘一三五’规划，凝练明晰创新目标，战略推进成效显著，研究所各项工作呈现出良好发展势头。”王东琳说。

　　定位明晰，突破关键技术

　　自动化所以智能化立所，横跨控制和信息两大学科领域。其“一三五”规划中的“一个定位”正是智能技术；“三个重大突破”分别聚焦复杂系统的智能控制、海量信息的智能计算以及集成化智能系统；“五个培育方向”瞄准的是国家需求和应用领域。

　　王东琳表示，在近几年的发展中，自动化所的“三个重大突破”和“五个培育方向”取得了长足进步，有的领域突破若干关键技术，创新与系统集成能力不断强化，取得了若干重大创新成果，在相关领域的核心竞争力显著增强。

　　比如，在复杂系统的智能控制方面，围绕国家重大需求开展智能机器人研发，自动化所研发的智能机器人已应用在工业、健康和服务等新兴产业中，正发挥着引领作用。其中，“基于环境约束和多空间分析的机器人操作理论研究”获得了2014年度国家自然科学奖二等奖。

　　另外，在海量信息的智能计算方面，自动化所整合在文本、语音、图像、视频信息的深度处理能力和综合系统能力，在大数据的分析与处理方面取得了系列成绩。

　　2014年，自动化所与《中国日报》共同建立新媒体联合实验室，通过“全球媒体云”综合平台、媒体传播影响力分析子系统、事件专题传播分析子系统，推出了一系列媒介传播影响力分析报告，受到广泛好评。

　　还有，在集成化智能系统方面，“万亿次极光系列代数运算微处理器”研究得到了中国科学院战略性先导科技专项“面向感知中国的新一代信息技术研究”的支持，创新性地提出“代数运算微处理器（MaPU）”的概念，通过体系结构的变革，提升硬件层次。目前已完成芯片前端设计，在智能电视、无线通信、超算等示范应用系统推广方面取得重要进展。

　　再有，在智能医学方面，自动化所科研团队研发的肿瘤切除术中导航系统，将光学分子影像术中导航系统应用于乳腺癌前哨淋巴结活检、肝癌肿瘤病灶切除和胃癌淋巴结切除的临床治疗中。该技术先后在中国人民解放军总医院、上海东方肝胆外科医院、第四军医大学西京医院等全国7家医院200例病人的临床治疗中获得成功。该技术被证实可以客观、精准地对肿瘤原位病灶、微小病灶、前哨淋巴结等进行术中实时导航定位与边界划分。

　　发挥优势，关注类脑智能研究

　　“智能科学与技术”是自动化所长期坚持的优势学科方向。“随着战略研究的不断深化和‘一三五’规划的逐步推进，自动化所越来越意识到研究实现类人智能是‘智能科学与技术’终极创新的必由路径。在此基础上研究所凝练‘类脑智能工程’作为‘一三五’规划的升华与新的战略切入点。”王东琳说。

　　“类脑智能工程”研究的总体思路是通过多尺度认识脑，建立多尺度脑模型，在此基础上产生类人智能行为。该研究的总体目标是借鉴脑科学、认知科学与神经科学的研究成果，研究宏观、介观到微观的多尺度脑网络全图谱、多尺度脑神经系统动态模拟及基于大规模类脑神经网络的类脑智能计算；提出创新性的认知脑模型，以及基于认知脑模型与认知科学的类人学习及训练方法；建立百亿级类神经节点和百万亿级类神经联接的类脑工程系统；实现对人类智能的建模和机理的揭示，引领国际智能信息处理及类脑计算的研究与发展。

　　2014年，自动化所实施了系列举措规划并积极推进类脑智能工程研究：设立类脑工程研究中心，负责类脑智能工程科研战略规划与前沿探索研究，并结合优势学科与团队，研究所内不同部门协同进行着认知脑模型与神经计算模拟、脑网络结构与功能图谱、类脑芯片与计算平台、类脑信息处理、类脑智能机器人等方面的研究，并呈现良好态势。

　　这样的推进力度使得类脑智能工程研究取得了不少进展。如科研团队实现了基于语义数据自动化处理技术的链接神经数据中心平台，包含千万级别的脑与神经科学领域知识，其重要学术贡献是自动总结了两百余年来科学文献中记录的认知行为、脑疾病与多尺度脑结构（包括基因、蛋白质、神经递质、神经元、脑区）之间的关联关系。

　　在“认知脑模型”研究方面，初步实现了微观尺度视觉感知与记忆的脑模拟系统，以动态可视化的方式展示认知功能相关的神经元与神经网络活动；该项研究初步实现了具有自主学习能力的类脑计算系统，并围绕环境感知与交互、类脑自动推理、类人机器人等开展了广泛应用。

　　2014年，自动化所还在国际脑图谱大会上发布了首版“脑网络组图谱”，利用多模态磁共振技术提供的脑解剖和功能连接信息进行脑区亚区精细划分，初步建立既具有精细脑区划分，又具有脑区功能和解剖连接模式的脑图谱，受到本领域同行的极大关注。

　　此外，围绕 “类脑智能工程”研究，自动化所已建立国际化的创新研究网络，包括近期与欧盟脑计划牵头单位洛桑联邦理工大学成立的联合实验室、与德国Jülich研究中心签署的合作备忘录，以及之前已成立的中澳脑网络组联合实验室、中心数字媒体研究院等。

　　如火如荼的脑计划和类脑智能研究为自动化所提供了前所未有的发展机遇，自动化所的努力践行为其在探索智能机器人的高度智能化、类人化，为研究所的未来发展凝聚力量。

　　（原载于《中国科学报》 2015-03-23 第5版 创新周刊)