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        2018年德國弗勞恩霍夫協(xié)會科技創(chuàng)新、發(fā)展成果及國際科普活動動態(tài)研究

        2019-03-05 06:01:38詹同敘張曉靜高子涵
        天津科技 2019年2期
        關(guān)鍵詞:研究

        詹同敘,張曉靜,高子涵,薛 力

        (北京市科學(xué)技術(shù)情報研究所 北京100044)

        1 德國弗勞恩霍夫協(xié)會概況

        1.1 協(xié)會簡介

        德國弗勞恩霍夫協(xié)會(英文:Fraunhofer Society;德文:Fraunhofer-Gesellschaft;簡寫 FhG)成立于1949年3月,是德國也是歐洲最大的應(yīng)用科學(xué)研究機(jī)構(gòu)。弗勞恩霍夫協(xié)會總部位于德國慕尼黑,在全球范圍內(nèi)擁有80 多家機(jī)構(gòu),其中在德國有76 家研究院所,擁有超過2.5 萬名員工,2017年預(yù)算約為23 億歐元。該協(xié)會主要由科學(xué)家和工程師組成,基本資金通過聯(lián)邦政府、各州和德國公眾提供,其中30%來自政府無償撥款,另外70%來自公共競爭項目,既包含政府及公共部門的競爭性科研項目,也包含來自于企業(yè)的委托項目。該協(xié)會宗旨是:支持科技知識的技術(shù)實用轉(zhuǎn)化;致力于科學(xué)知識與技術(shù)環(huán)節(jié)的可實際運(yùn)用開發(fā);為碩士生和博士生提供實用研究領(lǐng)域的實踐和進(jìn)修;為歐盟技術(shù)項目和國際性科研項目的全球性科研布局作出貢獻(xiàn)。

        該協(xié)會的目標(biāo)是大力開展科技實用性研究,主要有7 大研究領(lǐng)域:

        ①健康與環(huán)境。包括醫(yī)療技術(shù);植入物、假體、生物可吸收材料;IT 技術(shù)應(yīng)用及輔助系統(tǒng);藥品。

        ②開發(fā)。包括再生醫(yī)學(xué);營養(yǎng)及食品技術(shù);生物技術(shù)與環(huán)境技術(shù)。

        ③安全與防護(hù)。包括有害物質(zhì)的嗅探器檢測;災(zāi)害救治與危機(jī)管理;保護(hù)基礎(chǔ)設(shè)施;信息安全;文化財產(chǎn)的恢復(fù)與保護(hù)。

        ④機(jī)動性交通運(yùn)輸。包括電動汽車技術(shù);鐵路軌道技術(shù);航空研究與運(yùn)輸;自動化移動性研究;航運(yùn)與海事技術(shù)。

        ⑤生產(chǎn)性公共服務(wù)供給側(cè)。包括工業(yè)4.0;產(chǎn)品開發(fā);制造技術(shù)與生產(chǎn)工藝;汽車設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)工程技術(shù);智能機(jī)器人;材料。

        ⑥交流與知識共享。包括視聽信號處理;媒體內(nèi)容的制作、傳輸和分配;大數(shù)據(jù);圖像處理;云計算;電子商務(wù);電子政務(wù);嵌入式系統(tǒng)/環(huán)境智能;服務(wù)互聯(lián)網(wǎng)/物聯(lián)網(wǎng);信息安全技術(shù);寬帶通信;電子學(xué)習(xí)、娛樂與游戲;模擬現(xiàn)實感;軟件工程。

        ⑦能源與資源。包括可再生能源;有效利用能源;儲能與管理;原材料的有效地利用;建筑與生活。

        1.2 國際地位及科研領(lǐng)域

        弗勞恩霍夫協(xié)會是《歐盟2020 戰(zhàn)略》和《歐盟“再工業(yè)化”戰(zhàn)略》中的德國科技發(fā)展的重要力量,它積極參與歐盟的科技發(fā)展項目,接受來自德國各州政府和聯(lián)邦政府的任務(wù)委托,重點參與對社會發(fā)展具有重大意義的環(huán)保、能源、健康等領(lǐng)域的一系列戰(zhàn)略性的科學(xué)研究。2017 湯森路透發(fā)布的《全球最具創(chuàng)新力政府研究機(jī)構(gòu)25 強(qiáng)》榜單中,美國衛(wèi)生與公共服務(wù)部、法國原子能委員會、德國弗勞恩霍夫協(xié)會名列三甲。

        1.3 國際化發(fā)展及國際合作情況

        弗勞恩霍夫協(xié)會在全球范圍內(nèi),推動科研能力建設(shè),鼓勵科學(xué)家與科研機(jī)構(gòu)建立合作關(guān)系,積極參與科技創(chuàng)新項目研究工作。除了在歐洲,弗勞恩霍夫協(xié)會也參與在美國、亞洲、非洲和中東的國際活動。其在美國的活動最為活躍,分別設(shè)立了9 個研究中心(見表1)。在亞洲設(shè)立了3 個研究中心,在新加坡設(shè)有子公司,在中國、印度、印度尼西亞、日本和韓國分別設(shè)有代表處。它們形成了亞洲市場和弗勞恩霍夫研究所之間的橋梁,其活動主要集中在市場營銷和業(yè)務(wù)拓展上。這些辦事處提供所有弗勞恩霍夫研究所的相關(guān)咨詢、研究和開發(fā)服務(wù),具體包括問題分析與市場評估,產(chǎn)品和制造工藝的優(yōu)化,支持引進(jìn)新的創(chuàng)新技術(shù)和組織形式。

        表1 弗勞恩霍夫在美國設(shè)立9個研究中心Tab.1 9 Fraunhofer Society Research Centers in US

        2 2018年弗勞恩霍夫協(xié)會技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展動態(tài)

        2.1 電池與儲能技術(shù)

        當(dāng)今世界,儲能技術(shù)正處于不斷變革創(chuàng)新的進(jìn)程之中。便攜式收音機(jī)、手電筒、智能手機(jī)、電動汽車、太陽能或風(fēng)能等都要依靠電池儲能技術(shù)進(jìn)行能源存儲。在太陽能與風(fēng)能發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)和互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)中,電池的能量存儲是可再生和清潔能源技術(shù)的重要環(huán)節(jié)。目前,德國能源行業(yè)和汽車行業(yè)作為兩個主要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè),正在密切關(guān)注電池行業(yè)的研究與發(fā)展,而電動汽車產(chǎn)業(yè)的迅速崛起也給予了電池研究更高的熱度。

        2.1.1 弗勞恩霍夫協(xié)會在電池領(lǐng)域的研究貢獻(xiàn)

        弗勞恩霍夫協(xié)會一直致力于電池的研究與發(fā)展,從創(chuàng)新材料的開發(fā)和電池單元的優(yōu)化設(shè)計,到高效生產(chǎn)和可持續(xù)的能源儲存,該協(xié)會都占據(jù)著專業(yè)知識上的優(yōu)勢。近幾年,弗勞恩霍夫協(xié)會與多家研究所組建了“電池聯(lián)盟”項目。該項目是一個由德國經(jīng)濟(jì)與能源部資助的研究型聯(lián)盟,其目標(biāo)是依靠現(xiàn)有的材料和技術(shù)為電池制造行業(yè)提供創(chuàng)新且實用的解決方案,從而推動電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前共有19 家研究所參與這一聯(lián)盟,并已取得初步進(jìn)展。專家預(yù)計,在未來5年內(nèi)將有可能逐步改進(jìn)現(xiàn)有材料,利用新型材料設(shè)計和制造電池。除此之外,該協(xié)會的研究人員還致力于電池的能量密度、額定容量、充電時間、電池重量、電池尺寸以及實用性等方面的研究,目前主要針對電動汽車電池的額定容量因素、便攜性問題以及電池在生態(tài)環(huán)境方面的污染和回收利用等難點問題進(jìn)行深入研究。

        2.1.2 新型材料與電池的研究開發(fā)

        弗勞恩霍夫協(xié)會的材料和光束技術(shù)研究所(IWS)、化學(xué)技術(shù)研究所(ICT)和硅技術(shù)研究所(ISIT)主要負(fù)責(zé)電池材料的研發(fā)。研究人員現(xiàn)階段正在嘗試研發(fā)一種新型材料,利用現(xiàn)有材料進(jìn)行新形式的組合,并嘗試鈉硫或鋰硫電池的開發(fā)。在材料創(chuàng)新方面,金屬空氣電池是未來電池的發(fā)展趨勢。金屬空氣電池僅需要一種金屬介質(zhì)進(jìn)行發(fā)電,可通過電極從空氣中獲取,這一方法大幅增加了電池的存儲密度。在所有的金屬空氣電池中,鋰空氣電池最具發(fā)展?jié)摿?,是電池領(lǐng)域未來的主力軍。金屬空氣電池還可在理論上改善電池充電問題,因為空氣無處不在。

        2.1.3 電池的生產(chǎn)制造工藝研究

        弗勞恩霍夫協(xié)會的硅技術(shù)研究所(ISIT)、陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所(IKTS)、材料和光束技術(shù)研究所(IWS)以及生產(chǎn)技術(shù)和自動化研究所(IPA)一直致力于電池的制造過程方面的研究工作。研究重點是設(shè)計出更高效、更節(jié)約資源、更符合成本效益原則的電池,研究所主要針對可大幅度降低電池生產(chǎn)成本的電池電極干式涂覆工藝過程開展合作研究。陶瓷技術(shù)和系統(tǒng)研究所(IKTS)負(fù)責(zé)利用其在陶瓷領(lǐng)域的專業(yè)知識來優(yōu)化活性材料和隔膜組件的加工過程,并跟進(jìn)包括電池電極在內(nèi)的材料的進(jìn)一步處理。硅技術(shù)研究所(ISIT)主要負(fù)責(zé)對柔性制造工藝進(jìn)行研究,使這一工藝能運(yùn)用于制造私人定制的鋰電池。

        2.1.4 新型電池的安全測試

        弗勞恩霍夫化學(xué)技術(shù)研究所(ICT)、弗勞恩霍夫材料力學(xué)研究所、恩斯特馬赫研究所(EMI)和弗勞恩霍夫太陽能系統(tǒng)研究所(ISE)負(fù)責(zé)研究的是新電池的全面安全測試,因為電池存在較大的安全隱患,高密度且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的電池可能會引發(fā)危險火災(zāi)。在安全性能測試中,電池會被不斷地碰撞、壓縮、拉扯、觸碰尖銳物體或暴露在極端溫度下。研究人員能夠通過這些測試分析電池?fù)p壞的后果,借此進(jìn)一步完善電池的結(jié)構(gòu)。此外,在個別情況下某些電池制造材料可能會產(chǎn)生有毒氣體,因此也要對電池制造材料進(jìn)行安全測試。

        2.1.5 固定設(shè)備的電池技術(shù)

        電池不僅僅為移動設(shè)備供給能量,在固定設(shè)備的使用中也將使用電池進(jìn)行供電。弗勞恩霍夫協(xié)會化學(xué)技術(shù)研究所(IKTS)的研究人員正在開發(fā)結(jié)構(gòu)特殊的氧化還原液流電池,可將能量儲存在外部的液體罐中,電源轉(zhuǎn)換器和電子元件相互分離,這意味人們可以隨時控制電池的剩余電量,通過更換外部液體罐來補(bǔ)充電量。盡管重量和尺寸等因素對于移動電話或汽車電池來說非常重要,但是這些因素并不會對固定設(shè)備造成太大影響,因此利用外部儲能設(shè)施被視為固定設(shè)備儲電的絕佳解決方案。

        2.2 認(rèn)知系統(tǒng)與智能機(jī)器人技術(shù)

        智能機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)被用于越來越多的行業(yè),幫助人們更好的工作和生活。國際數(shù)據(jù)公司(IDC)預(yù)計,到2020年,全球在機(jī)器人認(rèn)知解決方案方面的支出將超過400 億美元。弗勞恩霍夫研究中心的目標(biāo)是將該中心的科研活動集中在與認(rèn)知機(jī)器人相關(guān)的研究領(lǐng)域,并推動這一領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展。

        2.2.1 服務(wù)型機(jī)器人

        服務(wù)型機(jī)器人可以分為專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)型機(jī)器人和個人/家庭服務(wù)型機(jī)器人。服務(wù)機(jī)器人的應(yīng)用范圍很廣,主要用于維護(hù)保養(yǎng)、修理、運(yùn)輸、清洗、保安、救援、監(jiān)護(hù)等工作。

        以專業(yè)領(lǐng)域服務(wù)機(jī)器人為例,服務(wù)型機(jī)器人Paul在一家電子零售商店中作為購物助手招攬顧客,幫助客戶選擇合適的產(chǎn)品并引導(dǎo)他們輕松找到擺放商品的貨架。除了與客人進(jìn)行常規(guī)對話外,Paul還會向他們收集一些反饋意見,為自己的表現(xiàn)打分。Paul是機(jī)器人認(rèn)知系統(tǒng)Care-O-Bot4?的產(chǎn)物,由弗勞恩霍夫協(xié)會制造技術(shù)和自動化研究所開發(fā),主要用于家庭、酒店、療養(yǎng)院或醫(yī)院服務(wù)。在服務(wù)過程中,機(jī)器人每一次與人類溝通對話的數(shù)據(jù)資料都會作為數(shù)據(jù)樣本被記錄,并自然運(yùn)用到下一次的對話中,這個過程還可以提升機(jī)器人辨別、解決新問題的能力。

        機(jī)器人認(rèn)知系統(tǒng)主要作用是幫助機(jī)器人了解周圍環(huán)境、規(guī)劃行動路線、識別進(jìn)程中的障礙物和與人進(jìn)行交流。這種認(rèn)知系統(tǒng)使得機(jī)器人可以規(guī)劃和優(yōu)化流程、進(jìn)行行為預(yù)測、檢測異常情況、分析圖像和語音信號,同時也是未來人工智能研究的基礎(chǔ)。

        2.2.2 新一代Care-O-bot?

        Care-O-bot?是一個移動機(jī)器人認(rèn)知系統(tǒng),目前已經(jīng)開發(fā)到第四代。新版本更加靈活,與人類的互動交流也更靈敏。另外,該機(jī)器人采用了低成本的設(shè)計原則,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很大一部分采用低成本阻尼片,大幅降低了制造成本。第四代Care-O-bot?的靈活性和表現(xiàn)力都有顯著提高,原因是機(jī)器人頭部和臀部使用了球窩關(guān)節(jié)這一專利技術(shù),從而擴(kuò)大了機(jī)器人的活動范圍,并且能使其頭部和軀干360°旋轉(zhuǎn)。

        第四代基于其模塊化系統(tǒng)的新概念,具有更多的可操作性。機(jī)器人可以配備一個、兩個或者更多手臂甚至可以不安裝手臂;軀干和頭部的球窩關(guān)節(jié)是可選的,是否安裝關(guān)節(jié)取決于所需靈活性的多少。除了對機(jī)器人外部構(gòu)造的改進(jìn)外,用戶體驗感也是研究的重點環(huán)節(jié)。調(diào)查表明,社交禮儀對交互式服務(wù)機(jī)器人來說也至關(guān)重要。Care-O-bot?能夠根據(jù)情況通過頭部集成顯示器分析客人的多種情緒,也在機(jī)器人系統(tǒng)中添加了更多的禮貌用語,這些對于服務(wù)型機(jī)器人來說都是巨大的進(jìn)步。

        3 國際科普實踐活動

        2018年2月1 日,德國弗勞恩霍夫協(xié)會工業(yè)工程研究所(Fraunhofer IAO)在斯圖加特舉辦了以“未來的工作世界”為主題的研討會,推出“科學(xué)年”實踐活動,針對智能新技術(shù)引領(lǐng)人類進(jìn)入一個全新層次的生活和工作新模式等熱題進(jìn)行了深入探討?;顒拥闹饕康氖谴蛟煲粋€集思廣益并促進(jìn)各方合作的新平臺,旨在分享創(chuàng)新型實驗室和研發(fā)實驗室的研究成果,通過交流開拓研發(fā)工作,拓展研究視角。

        除此之外,該研究所于2018年10月9 日在柏林舉辦弗勞恩霍夫論壇,主要討論人機(jī)互動、工業(yè)4.0和資格認(rèn)證等方面的問題。作為“智能技術(shù)體驗”的一部分,參觀者不僅可以看到與未來工作相關(guān)的展品,還可以親自參與到體驗課程中。該次活動準(zhǔn)備的展品主要圍繞“生產(chǎn)力”和“健康”兩大主題,特別針對人員、技術(shù)、組織三角關(guān)系中,人們應(yīng)該如何應(yīng)對未來的挑戰(zhàn)等問題做了詳細(xì)解答。除了展覽之外,該論壇還會舉辦關(guān)于政治和科學(xué)的對話活動,以便在數(shù)字化和全球化的背景下確定“人工智能工業(yè)4.0”的戰(zhàn)略領(lǐng)域。

        該研究所“應(yīng)對全球化未來工作世界”將主要集中5 項研究重點:領(lǐng)導(dǎo)力的激發(fā),靈活的工作和組織形式;“工作4.0”的發(fā)展;面向未來工作環(huán)境的交互技術(shù)研究;“工業(yè)4.0”大環(huán)境下未來的生產(chǎn)工作和人機(jī)協(xié)作的發(fā)展;人機(jī)交互,從用戶為中心的交互設(shè)計到腦機(jī)接口技術(shù)。

        4 結(jié) 語

        弗勞恩霍夫協(xié)會是公助、公益、非營利的科研機(jī)構(gòu),為企業(yè),特別是中、小企業(yè)開發(fā)新技術(shù)、新產(chǎn)品、新工藝,協(xié)助企業(yè)解決自身創(chuàng)新發(fā)展中的組織、管理問題。圍繞全球科技熱點研究領(lǐng)域,其研究成果一直影響著全球科技的未來發(fā)展。該協(xié)會注重政府、企業(yè)和非政府組織之間的合作,還鼓勵全球范圍內(nèi)科學(xué)家和科研機(jī)構(gòu)建立良好的合作伙伴關(guān)系,鞏固科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)市場的效益和合理性發(fā)展,促進(jìn)科研技術(shù)成果轉(zhuǎn)化,創(chuàng)建穩(wěn)定全球經(jīng)濟(jì)政策的機(jī)制框架。我們應(yīng)借鑒該協(xié)會制定的一種融資模式——“夫瑯禾費(fèi)模式”,使協(xié)會與自身的商業(yè)成就緊密相連,將科研成果轉(zhuǎn)化為實用技術(shù),使我們的學(xué)/協(xié)會更好地為政府機(jī)構(gòu)、工業(yè)界、企業(yè)和公共部門服務(wù)。

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