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一、給定材料

材料1

人的大腦由大量的神經(jīng)元通過突觸連接在一起，構(gòu)成了極其復(fù)雜的運(yùn)算網(wǎng)絡(luò)。目前，通過模擬人腦神經(jīng)元信息處理機(jī)制的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為智能時(shí)代最為重要的建模方法。盡管已有的機(jī)器人經(jīng)常被稱為“智能機(jī)器人”，然而這些“智能機(jī)器人”能夠?qū)崿F(xiàn)的動(dòng)作及行為能力基本是通過預(yù)定義的規(guī)則實(shí)現(xiàn)的，而人類進(jìn)行動(dòng)作、行為的學(xué)習(xí)主要是通過模仿及與環(huán)境的交互實(shí)現(xiàn)的，此外，“智能機(jī)器人”目前還不具有類腦的多模態(tài)感知及基于感知信息的類腦自主決策能力。在運(yùn)動(dòng)機(jī)制方面，它們也不具備類人的外周神經(jīng)系統(tǒng)，其靈活性和自適應(yīng)性與人類運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)還具有較大差距。

隨著人工智能、機(jī)器人和傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人已經(jīng)由傳統(tǒng)在線示教工作模式向智能工作模式方向發(fā)展，結(jié)合腦科學(xué)研究成果，機(jī)器人理論和應(yīng)用研究有望迎來新的突破，甚至可成功制造出類腦智能機(jī)器人。類腦智能機(jī)器人系統(tǒng)是融合了視覺、聽覺、思考和執(zhí)行等能力的綜合智能系統(tǒng)，它能夠以類似于人腦的工作方式運(yùn)行。同時(shí)，類腦智能機(jī)器人力圖將人的內(nèi)部機(jī)理融入機(jī)器人系統(tǒng)，從而提高機(jī)器人的認(rèn)知、學(xué)習(xí)和動(dòng)作控制能力，通過融入對(duì)人的機(jī)理的探索，類腦智能機(jī)器人有望實(shí)現(xiàn)與人“共情”，從而產(chǎn)生更深度的交互與合作。

類腦智能機(jī)器人首先涉及的是機(jī)器人的仿生結(jié)構(gòu)和感知控制，而仿肌肉驅(qū)動(dòng)器是其中的重要部分。這些仿肌肉驅(qū)動(dòng)器可以省卻齒輪，軸承，避免復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，同時(shí)減輕重量，具有更好的應(yīng)用效果。如Shahinpoor等人用4片重0.1g的人工肌肉材料IPMC作手指組成的機(jī)械手，在5V的電壓下提起了10.3g的石子，所需功率為25mW。如用傳統(tǒng)機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)這個(gè)動(dòng)作，其機(jī)構(gòu)將非常復(fù)雜。

20世紀(jì)60年代以來，日本以及美國DRAPA等機(jī)構(gòu)不斷進(jìn)行仿肌肉驅(qū)動(dòng)器的研究，但最近10年材料和新型傳動(dòng)系統(tǒng)的發(fā)展才真正實(shí)現(xiàn)一系列的突破。目前制作的仿肌肉驅(qū)動(dòng)器可以分為材料類、機(jī)械類和生物類。材料的仿肌肉驅(qū)動(dòng)器主要代表有形狀記憶合金、電致收縮聚合物、壓電陶瓷、磁致收縮聚合物、功能凝膠、液晶收縮聚合物等。此類仿肌肉驅(qū)動(dòng)器的共同特點(diǎn)是模擬動(dòng)物肌肉收縮產(chǎn)生力這一工作特性，利用材料在不同的外部控制下，如電壓、電流、PH值等，材料內(nèi)部的成分發(fā)生物理變化，產(chǎn)生形變和力。機(jī)械類的仿肌肉驅(qū)動(dòng)器，主要代表有氣動(dòng)人工肌肉、液壓人工肌肉、電致收縮器、磁致收縮器等，其中由波士頓動(dòng)力研制的Atlas類人機(jī)器人就采用了液壓人工肌肉。不同于材料類仿肌肉驅(qū)動(dòng)器，機(jī)械類仿肌肉驅(qū)動(dòng)器都是結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生收縮和力。生物類的仿肌肉驅(qū)動(dòng)器目前尚處于實(shí)驗(yàn)研制階段，主要是利用動(dòng)物活體細(xì)胞來充當(dāng)驅(qū)動(dòng)器，美國DRAPA資助麻省理工學(xué)院研制的魚形仿生機(jī)器人，由活體肌肉驅(qū)動(dòng)，最大速度45mm/s，而在類人機(jī)器人上尚未進(jìn)行類似的研究。在這些研究的基礎(chǔ)上，瑞士蘇黎世大學(xué)搭建了擁有“肌腱”和“骨頭”的機(jī)器人平臺(tái)ECCERobot，相關(guān)研究成果被美國Popular Mechanics報(bào)道，并入選當(dāng)年十大創(chuàng)新概念之首。此外，波士頓動(dòng)力還試圖研制一款更新型放生肢體，采用3D打印的方式，將所有的液壓元件直接打印到其機(jī)器人肢體的“骨頭”結(jié)構(gòu)中，使之更具有仿生元素，比如“類動(dòng)脈式的液壓管道布局”、看上去很像骨頭的支架等。

除了具有仿生結(jié)構(gòu)和仿生運(yùn)動(dòng)能力，類腦智能機(jī)器人還以腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的研究為基礎(chǔ)，使機(jī)器人以類腦的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)外界的感知和自身的控制。人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)由骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉組成，相關(guān)的肌肉收縮或舒張由中樞神經(jīng)系統(tǒng)與外周神經(jīng)系統(tǒng)協(xié)同控制。以類腦的方式實(shí)現(xiàn)感知與控制的一體化，這將使得機(jī)器人能夠模仿外周神經(jīng)系統(tǒng)感知、中樞神經(jīng)系統(tǒng)的輸出與多層級(jí)反饋回路，從而提高機(jī)器人從感知外界信息到自身運(yùn)動(dòng)的快速性和準(zhǔn)確性。

針對(duì)這項(xiàng)技術(shù)，瑞士洛桑理工學(xué)院于2015年開發(fā)了一個(gè)神經(jīng)系統(tǒng)仿真工具。在該仿真工具中。研究人員建立了一個(gè)數(shù)字化的老鼠大腦計(jì)算模型和虛擬老鼠身體模型。通過把這兩個(gè)模型結(jié)合起來，來模擬大腦和身體的相互作用的神經(jīng)機(jī)制，這為類腦機(jī)器人的神經(jīng)系統(tǒng)模擬提供了基礎(chǔ)。目前，他們已在模型中模擬出一只小白鼠完整大腦中約2100萬個(gè)神經(jīng)元中的3.1萬個(gè)。雖然，將神經(jīng)系統(tǒng)和仿生機(jī)器人相結(jié)合進(jìn)行研究尚處于初步階段，但已經(jīng)建立的腦網(wǎng)類型，以及運(yùn)動(dòng)神經(jīng)和各種運(yùn)動(dòng)控制上的一系列研究成果，已為類腦智能機(jī)人的感知與控制回路的進(jìn)一步研究奠定了很好的基礎(chǔ)。

與類腦智能機(jī)器人密切相關(guān)的技術(shù)，如腦機(jī)接口，神經(jīng)假體等，近幾年取得了積極的進(jìn)展。腦機(jī)接口可以使計(jì)算機(jī)從大腦神經(jīng)活動(dòng)獲知人的行為意向，其關(guān)鍵在于神經(jīng)解碼，將大腦的神經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為對(duì)外部設(shè)備的控制信號(hào)，其又分為侵入式腦機(jī)接口和非侵入式腦機(jī)接口，其中侵入式腦機(jī)接口能在癱瘓病人的大腦運(yùn)動(dòng)區(qū)植入電極陣列，提取人的運(yùn)動(dòng)意向從而控制機(jī)械手臂的動(dòng)作，非侵入式腦機(jī)接口是用緊貼頭皮的多個(gè)電極采集大腦腦電圖信號(hào)從而控制機(jī)械臂或飛行器。而在腦神經(jīng)假體方面，美國DARPA正投資研發(fā)一種芯片，通過植入該芯片可以幫助腦部受傷的人恢復(fù)記憶，并干擾甚至消除一些不愉快的記憶（如戰(zhàn)爭(zhēng)記憶），此技術(shù)已在老鼠身上取得了不錯(cuò)的效果。此外，科研人員在視覺神經(jīng)假體、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)假體方面也均取得了很好的進(jìn)展，并已成功應(yīng)用，以幫助人們恢復(fù)部分視覺功能或部分替代四肢功能。雖然腦機(jī)接口和神經(jīng)假體等方面的研究還有很大的提升空間，但已有的研究成果為類腦智能機(jī)器人的研究提供了很多的借鑒。

在類腦智能機(jī)器人研究中，如何從根本上提升機(jī)器人的智能，是機(jī)器人研究領(lǐng)域的一個(gè)重要問題。經(jīng)歷了長(zhǎng)期的發(fā)展過程，人們普遍認(rèn)為機(jī)器通常在動(dòng)力、速度、精巧性方面具有一定的優(yōu)勢(shì)，而人類具有智能、感知、情感等機(jī)器部分具有或者不具有的能力和特點(diǎn)，人們自然希望可以將二者各自的優(yōu)點(diǎn)融合在一起，實(shí)現(xiàn)“人機(jī)協(xié)作”。早在20世紀(jì)50年代，已有研究人員開展了相關(guān)的工作、從具體任務(wù)出發(fā)（如工業(yè)制造），研究離線狀態(tài)下的人機(jī)交互，讓機(jī)器人在人的指引下完成任務(wù)學(xué)習(xí)。20世紀(jì)90年代，人們開始研究實(shí)時(shí)交互問題，將服務(wù)機(jī)器人與人結(jié)合在一起，然而這種協(xié)作主要從功能角度使人和機(jī)器人共享智能，并不算真正意義上的融合，在這一過程中，人做一部分工作，機(jī)器人做一部分工作，二者分工完成同一任務(wù)。近年來，人們更加關(guān)注“認(rèn)知——合作”，機(jī)器人作為人的“同事”，和人在一起工作，智能人機(jī)協(xié)同需要計(jì)算機(jī)在陌生的環(huán)境通過對(duì)周圍環(huán)境的觀察以及周圍環(huán)境的反饋刺激、自主整合新舊知識(shí)、并進(jìn)行綜合智能決策，即要求計(jì)算機(jī)具有類腦的交互學(xué)習(xí)機(jī)制。隨著人工智能技術(shù)和新材料技術(shù)的興起，智能機(jī)器人行業(yè)將是未來“腦科學(xué)研究”和“腦認(rèn)知與類腦計(jì)算”研究成果的重要產(chǎn)出方向，在實(shí)際的應(yīng)用場(chǎng)合，新一代的機(jī)器人或者新型人工智能必須要具有通過交互從外界獲得知識(shí)，并通過智能增長(zhǎng)的方式進(jìn)一步了解外部世界的能力，建立基于交互的從零學(xué)習(xí)及智能生長(zhǎng)認(rèn)知模型，能讓計(jì)算機(jī)像嬰兒一樣，在與人的交互過程中進(jìn)行錯(cuò)誤糾正與知識(shí)積累，實(shí)現(xiàn)模仿人類認(rèn)識(shí)外部世界的智能增長(zhǎng)。

在未來，人們希望可以將人的智能更深程度地引入機(jī)器人系統(tǒng)，從機(jī)理上對(duì)人進(jìn)行模仿，使機(jī)器人能夠像人一樣思考，從而“配合”人的工作，共同完成任務(wù)。由于類腦智能機(jī)器人的研究既涉及到腦科學(xué)和神經(jīng)科學(xué)的最新研究成果，又和機(jī)器人仿生結(jié)構(gòu)與控制等內(nèi)容密切相關(guān)，未來的研究迫切需要更多地借鑒類腦計(jì)算模型和仿人運(yùn)動(dòng)神經(jīng)機(jī)理，從而構(gòu)建新的機(jī)器人感知、交互和動(dòng)作計(jì)算模型，從根本上提高機(jī)器人的智能性，形成具有動(dòng)態(tài)立體視覺感知、快速自感知、多模態(tài)信息融合、運(yùn)動(dòng)自學(xué)習(xí)能力、協(xié)調(diào)人機(jī)協(xié)作、快速反應(yīng)和高精度操作的類腦智能機(jī)器人。其中，尤其需要解決3個(gè)問題：一是類人運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶來的類腦運(yùn)動(dòng)神經(jīng)控制；二是人機(jī)融合環(huán)境帶來的機(jī)器人多模態(tài)信息融合、交互式學(xué)習(xí)控制；三是雙目可動(dòng)攝像頭帶來的攝像頭高速在線校準(zhǔn)。

材料2

空氣中的分子態(tài)氧溶解在水中稱為溶解氧。在20℃、100kPa下、純水里大約溶解氧9mg/L。一些有機(jī)化合物在喜氧菌作用下發(fā)生生物降解，要消耗水里的溶解氧，當(dāng)水中的溶解氧值降到5mg/L時(shí)，一些魚類的呼吸就發(fā)生困難，溶解氧因空氣中氧氣的溶入及綠色水生植物的光合作用會(huì)不斷得到補(bǔ)充，但當(dāng)水體受到有機(jī)物污染，耗氧嚴(yán)重，溶解氧得不到及時(shí)補(bǔ)充，水體中的厭氧菌就會(huì)很快繁殖，有機(jī)物因腐敗而使水體變黑、發(fā)臭。溶解氧值是判斷水自凈能力的一種依據(jù)。水里的溶解氧被消耗，要恢復(fù)到初始狀態(tài)，所需時(shí)問短，說明該水體的自凈能力強(qiáng)，或者說水體污染不嚴(yán)重。否則說明水體污染嚴(yán)重，自凈能力弱，甚至失去自凈能力。

氨氮是指水中以游離氨(NH3）和銨根離子（NH4＋）形式存在的氮。氨氮是水中的營養(yǎng)素，可導(dǎo)致水富營養(yǎng)化現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生，是水體中的主要耗氧污染物，對(duì)魚類及某些水生生物有危害。

高錳酸鉀鹽指數(shù)是指在一定條件下，以高錳酸鉀為氧化劑，處理水樣所需要消耗的氧化劑的量。

總磷是水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測(cè)定的結(jié)果。其主要來源為生活污水、化肥、有機(jī)磷農(nóng)藥及近代洗滌劑所用的磷酸鹽增潔劑等。水體中的磷是藻類生長(zhǎng)需要的關(guān)鍵元素，過量磷會(huì)造成水體污穢異臭，使湖泊發(fā)生富營養(yǎng)化、海灣出現(xiàn)赤潮。

地標(biāo)水中溶解氧、氨氮、高錳酸鉀鹽指數(shù)及總磷四個(gè)項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)限制見表1。

材料3

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)是由傳感器技術(shù)、自動(dòng)測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)，計(jì)算機(jī)X用技術(shù)及配套專用分析軟件，通訊網(wǎng)絡(luò)所組成的一門綜合性技術(shù)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)能夠反映水體的水質(zhì)狀況，在一定范圍內(nèi)有各自相對(duì)穩(wěn)定的規(guī)律。當(dāng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常波動(dòng)時(shí)，通常會(huì)有兩種情況：

一是多個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目同一時(shí)段同步走高或走低，這種情況多為水體水質(zhì)異常造成，但還需從各監(jiān)測(cè)項(xiàng)目間的關(guān)聯(lián)性、時(shí)間序的變化規(guī)律等方面進(jìn)一步分析判斷數(shù)據(jù)異常的原因。

二是只有一個(gè)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目發(fā)生變化，其他項(xiàng)目沒有同步變化。這種情況應(yīng)對(duì)出現(xiàn)異常的儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)后自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，可判斷是儀表故障；校準(zhǔn)后依舊異常，應(yīng)于河道采水系統(tǒng)斷面直接采集水樣進(jìn)行手工監(jiān)測(cè)比對(duì)確認(rèn)。手工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)相對(duì)偏差大于20％，可判定為儀表故障；相對(duì)偏差小于20％，可判定為污染事故。

2019年8月1日至31日，A省M地區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站曾出現(xiàn)過的部分指標(biāo)數(shù)據(jù)變化情況如圖所示（圖中橫坐標(biāo)為日期；縱坐標(biāo)為濃度，單位mg／L）：

材料4

2016年，美國科學(xué)家宣布首次探測(cè)到了由兩顆恒星級(jí)黑洞13億年前合并產(chǎn)生的引力波，引力波的發(fā)現(xiàn)為我們打開了研究宇宙的全新窗口，就好比人類以前以為自己只有一雙能夠看見外界的眼睛（電磁波探測(cè)），現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)自己還有一雙能夠聽見外界的耳朵（引力波探測(cè)），這是科學(xué)史上又一次具有劃時(shí)代意義的探測(cè)。

100年前，愛因斯坦提出了引力波的概念，因其難以被探測(cè)到而遭到當(dāng)時(shí)很多物理學(xué)家的質(zhì)疑，就連愛因斯坦也說：“這些數(shù)值是如此微小，它們不會(huì)對(duì)任何東西產(chǎn)生顯著的作用，沒人能夠去測(cè)量它們?！比欢茖W(xué)家們?cè)趲资昀锝?jīng)歷多次挫折，不斷調(diào)整方案，改進(jìn)儀器，最終探測(cè)到了引力波。

每一個(gè)重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，都來自科學(xué)家對(duì)“真理”的大膽懷疑和不懈追求，都經(jīng)歷了從懷疑、被懷疑再到發(fā)現(xiàn)的漫長(zhǎng)而艱苦的過程。物理學(xué)家愛德溫·哈勃曾在加州理工學(xué)院的畢業(yè)典禮上說過，一個(gè)科學(xué)家要擁有“健康的懷疑、遲緩的判斷以及規(guī)范的想象”?？茖W(xué)家們要接受：沒有什么是絕對(duì)定論的，所有的知識(shí)都只是目前我們能得到的最合理的解釋，與之矛盾的證據(jù)隨時(shí)可能出現(xiàn)，哈勃說：“科學(xué)家是用不斷迭代，漸次逼近真理的方式解釋世界的?！?

二、回答問題

【試題一】

下列有關(guān)類腦智能機(jī)器人的說法中，錯(cuò)誤的是：

【試題二】

下列有關(guān)仿肌肉驅(qū)動(dòng)器的說法中，正確的是：

【試題三】

下列類腦智能機(jī)器人中，運(yùn)用了仿肌肉驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的有：

【試題四】

根據(jù)文章內(nèi)容，下列說法正確的有：

【試題五】

下圖總結(jié)了文章第七自然段中“腦機(jī)接口”“神經(jīng)假體”的分類情況、各類別功能。請(qǐng)?jiān)诖痤}卡相應(yīng)的序號(hào)后寫出符合圖中分類指向關(guān)系的內(nèi)容。每項(xiàng)不超過答題卡上的規(guī)定字?jǐn)?shù)。

【試題六】

請(qǐng)為本文寫一篇內(nèi)容摘要。

要求：全面、準(zhǔn)確，條理清楚，不超過250字。

【試題七】

根據(jù)材料2，溶解氧，高錳酸指數(shù)、氨氮、總磷4個(gè)基本項(xiàng)目中哪一個(gè)項(xiàng)目從Ⅰ類到Ⅴ類的標(biāo)準(zhǔn)限值變化幅度最大？該項(xiàng)目在水體質(zhì)量提升的過程中，其標(biāo)準(zhǔn)限值的要求有何變化趨勢(shì)？（不超過25字）

【試題八】

分析材料3中A省M地區(qū)水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)站公布的溶解氧、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷4個(gè)項(xiàng)目的數(shù)據(jù)，概括說明這4個(gè)項(xiàng)目之間變動(dòng)的同步性規(guī)律。（不超過50個(gè)字）

【試題九】

2019年8月9日和8月25日，A省M地區(qū)地表水是否符合Ⅱ類的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)？為什么？（不超過25字）10分

【試題十】

2019年8月，A省M地區(qū)地表水符合Ⅱ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的共有多少天？概括說明當(dāng)月該地區(qū)地表水質(zhì)量的總體變化情況。（不超過50字）

【試題十一】

請(qǐng)根據(jù)給定材料，以“懷疑與堅(jiān)持——從引力波的發(fā)現(xiàn)談起”為題，寫一篇議論文。

要求:觀點(diǎn)明確，論證充分，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，語言流暢，字?jǐn)?shù)800~1000字。

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