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稳定电网的秘诀
西门子全新研制的一个机器学习解决方案，正在帮助瑞士国家电网公司准确预测跨境输电的损耗，它不仅显着降低了成本，而且提高了整个欧洲的电网稳定性。
自诩“欧洲中心”的地方不在少数。但若要说到输配电系统，只有一个地方当得起这个美称：人口只有3207人的瑞士劳芬堡（Laufenburg）。莱茵河畔这座风景如画的小镇曾是罗马大军和拿破仑雄狮的交锋之地，而现如今成为截然不同的另一种力量的的聚集之地：连通法国、德国、奥地利、意大利，当然还有瑞士本国的电力线路。此外，用于同步和设置电网频率（有人称“心跳”）的原子钟也安装在这里，它管辖着整个欧盟以及土耳其的电网。
劳芬堡还是瑞士国家电网公司（Swissgrid）的总部所在地。由于其战略位置，Swissgrid在确保跨越多国的发电和用电始终保持平衡方面发挥着关键作用。
然而，实现上述目标，维持50赫兹的稳定频率，在很大程度上取决于准确的预测。在发电方面，这愈发困难，因为可再生资源发电比例不断增加。预测用电量同样是件棘手的事情，因为寒流突袭或热浪过境等诸多不确定因素都可能会造成电力需求的巨大浮动。
除这些变数外，还要预测所谓的“输送损耗”问题。这种损耗是指电能在从一个国家传输到另一个国家的过程中由于线路电阻而损失掉的电量。以意大利为例，该国从北欧购买电能，途径瑞士。此类损耗还受一系列变数的影响，诸如当地气候条件和在某个特定时间点输送的电量，这种损耗“平均达到瑞士电网总负荷的1.6%左右，总损耗约达100兆瓦。”西门子基础设施与城市业务领域智能电网集团**执行官Jan Mrosik博士称。“按照每度0.055欧元的现价计算，这些损耗折合成资金相当于每小时5500欧元，也就是每年4818万欧元。”
节约成本的算法。为弥补输电损耗，Swissgrid不得不从瑞士电力现货市场额外购电，而这个过程每天都要提前16小时来完成，日复一日，年复一年。鉴于涉及的电量巨大，Swissgrid显然需要较准确的预测。直到前不久，该公司还在依赖一种预测误差约为11%的算法疲于应付。但是据Mrosik介绍，现在借助西门子*研究院开发的一种基于神经网络的算法，Swissgrid有望将其预测误差降低十分之一，到10%左右。他说：“现在调控电力的用量减少，由于过高估计输电损耗而导致的过剩电能也得以降低，我们估计Swissgrid每年能节约大约20万欧元的成本。”另据Ralph Grothmann博士介绍，不同于同类其他算法的是，西门子*研究院研发的这款系统“从负荷（用电量）预测一步估算输电损耗，这两个功能不再像通常认为的那样互不相干。”Ralph Grothmann博士和Hans-Georg Zimmermann博士合作开发了这个算法。“这是一个集成模式，它不仅*辟蹊跷，而且在准确度上远远**过竞争产品。”凭借着研究者多年潜心钻研神经网络的经验，他们的负荷预测准确度一般能达到97%。这种准确度还源于另一个因素，那就是西门子*研究院的算法还考虑到历史数据以及诸如当前天气条件、人工蓄水系统的水位等变数。
新的混合算法一旦得到全面应用，欧盟电网的稳定性将得以提高。“就电网适应风能、太阳能和水电等可再生能源并网发电而言，系统的学习能力至关重要。”Mrosik如是道。
此外，该算法还可以用于预测其他因素，比如欧洲的电力流向及风电场和太阳能发电站的预期发电量。“西门子开展的试点项目显示，我们的神经网络可以预测未来72小时内来自可再生能源的电力供应量，其准确率达到90%。”Mrosik称，“这类数据能够真正帮助电网运营商平衡电力流动。”
作者：Arthur F. Pease
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魔高一尺，道高一丈
诸如电网、数据高速公路和公交网络等复杂的基础设施，需要由精密的安全防护架构来提供保护。
华盛顿追击。一股黑势力正在张网追击。他们的目标是劫持一名在警探约翰?麦克林（布鲁斯?威利斯饰）护送下的证人。约翰?麦克林面临的形势不容乐观。追击他和证人的罪犯团伙侵入了华盛顿市的所有计算机系统。他们现在控制了交通网络、电话线路和IT线路，因此能够一面通过团伙指挥中心的巨型监视器掌握追击对象的行踪，一面将交通灯切换成红灯，关闭地铁线路，使整个市区陷入混乱之中。电影《虎胆威龙》中的一幕可以说是每位IT安全*的噩梦。
位于慕尼黑的西门子*研究院的IT安全技术领域负责人Johann Fichtner博士也看过这部电影。Fichtner和他的团队负责协助西门子各个业务领域解决IT安全问题。“电影中的情景并非完全是无稽之谈；理论上，黑客入侵可以使整个基础设施系统陷入瘫痪。”Fichtner如是道。在机场、公交系统、饮用水和能源网络、医院以及数据网络中，控制系统的复杂性和互联程度越高，发生这种意外的风险也就越大。
由于诸多其他基础设施均依赖于电力，所以电网首当其冲需要保护。对于智能电网而言，这一点尤为重要，因为未来智能电网将与众多电力生产商、电力消费者及软件系统密切相连。在这一领域需要制定和实施国际安全策略标准。“在此过程中，我们要着眼于整个智能电网，而不只是个别组件之间的连接。”奥地利维也纳西门子自动化仪表和信息系统业务部（AMIS）的负责人Alexander Schenk表示。部署有AMIS系统的智能电网可以利用智能电表计量家庭用电量，从当地变电站收集用电数据，监视和管理电网，向控制中心发送数据，并将数据存储在软件中，然后由软件生成电费单。所有这些功能和连接都不可避免地需要安全防护。已经部署AMIS的网络，如上奥地利州（Upper Austria）和德国巴符州（Baden-Württemberg）的电网，均有软件加密功能和协议来保驾**，这些防护措施对于哪些模块可以传输数据以及向哪里传输数据，都有明确的定义。“这种措施带来了一种优势，因为即使某个密码被黑客破解，他们也只能访问某个网段，而这个密码可以通过软件下载很快得到修改。”Schenk说道。在此类系统中，还可以视需要添加新的或扩展安全标准。
另一个问题是，越来越多的网络和工业设施都在使用标准的操作系统，并且采用基于网络的服务，这使得它们面临着从任何PC都可以对其进行访问的潜在风险。鉴于它们大多使用Windows或Linux操作系统，所以也具有易于维修的优势。“不过也正是由于这个原因，它们与使用专门开发的软件的系统相比，更易受到攻击，因为其设置对黑客来说已是轻车熟路。”西门子*研究院的*Steffen Fries表示。
在未来，消费者家中的智能电表会将数据发送到互联网，所以他们可以通过网络应用程序来随时查看其用电情况。但是如果黑客侵入*服务器，他们便可以判断出某个家庭或公寓何时未用电，从而事先窥探出家中何时没有人在。
模拟小故障。不仅电网正日益成为高度复杂的系统；现今的高铁网络和新型地铁线路已经采用软件控制的机械和电气推进系统，因而同样十分复杂。因此，某一个模块的故障可能会影响整辆列车。比如，如果电子系统无法正常关门，那么仅仅手动关上车门并不能解决问题。其他系统需要了解该问题，并相应调整自身的操作，这时其需要发出命令，允许列车在未接到显示门实际已关闭的电子信号的情况下驶离站台。针对每一种可以预想到的情景，*们都必须绘制出故障树形结构，描述出现每一种功能错误时应采取的应对措施。只有在针对每一种可以预见的意外情况完成此分析后，才能定义应对参数。
“我们以往必须针对每个新列车概念制定一个新的故障树。”慕尼黑西门子*研究院的风险管理与分析部负责人Martin Rothfelder说。但这样又会出现另外一个问题，那就是每个国家都有其自己的铁路系统安全标准。比如，法国的大部分列车门控制系统只能通过电子系统进行监控，但是英国的铁路网络通常还使用基于传感器的附加安全架构，该架构通过总线系统发送信号。如此一来，证明系统是否具备故障安全功能变得更为困难。 Rothfelder的团队利用标准软件工具开发出一种程序，通过该程序可以在子系统中应用故障树。技术人员只需要键入具体列车的一些变量，然后便可以自动执行故障分析。“如果某项提议的解决方案不够安全，我们现在能够更快地确定，然后告知研发团队需要考虑其他解决方案。”Rothfelder介绍道。
为保护敏感系统抵御侵袭而设计的各种策略基本上都大同小异。其流程不外乎由专业人员对系统和需要的防护类型进行分析，定义安全要求，开发合适的安全架构，然后再付诸实施。据Fichtner表示，目前来看安全编程技术的测试和官方认证是大势所趋。西门子*研究院的研发中心是负责软件研发的部门，该部门同时还在中东、欧洲和印度业务区提供不断更新的安全培训课程。用Fichtner的话说，这里的首要原则是：必须不断检查所有系统的新弱点。“那种认为现行系统不能动的观点已然不合时宜。”
作者：Katrin Nikolaus
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未来：自动化经济
William Brian Arthur教授，67岁，数学家、经济学家。Arthur教授目前是帕洛阿尔托研究中心（PARC）智能系统实验室的客座研究员。他的研究侧重于基础经济和技术发展问题。在圣菲研究所工作期间，Arthur提出了一个关于经济系统的理论，他认为可以将经济看作是一个在某种演进框架下不断发展的复杂体系。在其较新着作《技术的本质》一书中，Arthur探讨了创新的过程。他认为网络化的计算机和传感器正日益构成一个数字神经系统，未来这个系统能够自动控制经济的运作。
“*二经济”是指什么？
Arthur：我目前在帕洛阿尔托的Xerox PARC中心参与研究工作，也就是说在硅谷的中心区。对我而言，这可谓天时地利，可以让我站在经济学家的角度深入思考人们所说的数字化革命。多数人会将数字化革命与两样事物联系起来：计算机及计算机之间日益深化的联网程度。不过，我认为实际情况要比这复杂得多。越来越多的商业过程将由机器来完成，不需要任何形式的人工干预。也就是说，在我们所熟悉的实物商品和人工服务经济之外，一种数字化的经济正悄然形成。在这种经济中，服务器可以互相“通话”，执行交易。这就是我所说的“*二经济”。
现实中这种由机器主导的商业模式将如何运作？
Arthur：在20年前，当你想乘飞机的时候，你要到柜台去，工作人员为你办理登机手续。但是现在你可以在服务终端中插入常飞旅客卡或信用卡，这时会立即触发计算机与全世界的“会话”：系统识别你的姓名后，计算机会检查你的航班状态并搜索你以往搭乘航班的相关数据，然后将你的数据与**部门的数据库进行比对。接下来，机器为你分配座位，更新你的累积飞行里程，并确定你是否有资格进入贵宾候机室候机。这些“会话”全部由服务器、路由器、卫星、联网计算机及其他机器来执行。只有这些操作全部完成后，才会为你发出登机卡。整个过程大部分是自动进行的，不需要任何的人工干预。这个过程完成后，我们就可以在习以为常的实物世界中看到结果。
在这个过程中，互联网发挥什么样的作用？
Arthur：互联网将发挥十分重要的作用，但是并非所有的机器对机器通信都通过互联网实现，比如很多内部数字化业务流程会通过专网完成。所以，互联网在*二经济中的作用确实很重要，但它不会是一枝*秀的系统。
*二经济的推动因素是什么？
Arthur：联网计算机使很多流程的效率得以提高，成本得以降低，它还为在**各地实现流程分配创造了条件。另外，这不仅仅涉及到计算机**联网，还有越来越多的传感器联网。比如货车运输带有RFID标签的货物，它可以与传感器通信，然后传感器与计算机通信，而计算机本身又与供应链优化系统中的其他计算机联网。我们现在所看到的是一个日趋自动化的经济的开端，它的自动化依赖于传感器。这种趋势已对我们的日常生活产生了切实的影响，并且它的影响日后会有增无减。举例来说，我相信在今后十年左右，人们就可以在洛杉矶街头驾驶具备自动驾驶功能的汽车，这些汽车中的传感器能帮助它们探测其他车辆的位置。人们还将看到可以优化交通流量的智能交通灯。我要再强调一点，所有这些都涉及到机器对机器通信，包括车辆与周围车辆的通信、车辆与交通诱导系统的通信等。换句话说，我们正在迎来一个自主经济体系，我们可以将它比喻为人类的*系统，因为*系统也是自主运行、不受大脑集中控制的。
所有这些因素对未来经济会产生什么样的影响？
Arthur：比如在生产领域，我们将会看到装有传感器的机器人，它们利用这些传感器能够识别特定情境，然后对其做出灵活响应。可以说，它们不再是盲目无知的。这意味着它们不会只局限于执行严格限定的任务。这将促进效率的提高，同时促使美国和欧洲地区的制造业迎来新的发展机遇，进而在高收入地区创造就业机会，**就业。
但是机器自动化不断发展是否会导致失业问题？
Arthur：是的，我们首先会想到那些过去负责办理登机手续的机场工作人员。随着经济的发展，将来我们能够生产出更多的东西，其数量之大**乎我们的想象。经济学家凯恩斯在80年前就预测我们未来将能够生产出大量的产品，提供众多的服务。他说，届时的问题将在于如何分配这些财富。在*二经济时代，由于机器将取代人工承担大量工作，我们可能会有更多的业余时间。社会需要解决这一问题，其中有一个可以考虑的办法，就是对服务于公共利益的新就业岗位给予补贴，比如社会服务领域的工作。或许我们也可以缩短工作时间，延长假期，这样就能更好地分配剩下的就业机会。但是随着经济转型的深入发展，很多目前看来稳定的工作可能会被淘汰，所以未来这方面的挑战可能相当严峻。
您预期*二经济的发展速度会如何？
Arthur：*二经济现在已经占据了一席之地，比如目前在华尔街及其他金融市场，已经有很多流程实现了自动化。当然，没人能确切衡量目前*二经济的实际规模。我估计它已经达到了传统经济规模的一半，在2030年之前应该能赶上传统经济。这种发展将引发巨大的动荡。
您说过这会是有史以来**经济经历的较大动荡。为什么？
Arthur：或多或少我是一个怀疑论者。但是*二经济将带来的变化无疑会是巨大的。我们所谈论的不仅是生产率的提高，我们在探索经济特征的改变。工业革命时期，蒸汽机和电机逐步取代人工生产，机器很快成为经济的“主力”。如今的网络化传感器和计算机则在构建一个“神经系统”，它可以自动、智能地控制这些“主力”，*人工干预。出于上述原因，我认为这场动荡至少与工业革命不相上下，甚至更大。
新经济时代会比我们现在更好吗？
Arthur：当然这个希望非常大，但前提是我们处理好某些问题，比如确保大部分人口接受良好的教育，公平分配就业机会等。但是如果我们只是任其发展，无所作为，那么社会矛盾可能会升级。从狄更斯小说中描绘的与工业革命相关的问题中，我们能够学到很多东西。社会发展较终解决了这些问题，我相信将来我们也可以做到。
采访：Christian Buck
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微型矿工
在一项成熟的铜矿和金矿开采工艺中，**存在的细菌被用于从矿石中分解出所含金属。与熔炼技术不同的是，这种方法几乎不消耗任何能源。类似地，细菌将很快被用于帮助回收利用工业废弃物。
Axel Schippers将他的“珍宝”存放在位于汉诺威的德国联邦地球科学与自然资源研究所。在这里，大约1,500株细菌在零下140℃的温度下被冷冻保存。Schippers是一位地球微生物学家，在需要的时候，他可以让这些在低温下处于休眠状态的生物恢复活力。这些细菌包括酸微菌属、酸硫杆状菌属、钩端螺菌属和氧化硫化杆菌属等。Schippers解释道，“这些细菌都是嗜酸细菌，也就是说，它们喜欢酸性环境，可以将金属硫化物氧化。正因如此，它们都能在生物冶金中发挥重要作用。”
在一种被称为“生物浸出”的提炼方法中，矿物所含金属在酸和空气的作用下被溶解出来。
生物冶金是一项以使用细菌为基础的金属提炼技术。Schippers表示：“现在，**范围内有15%左右的铜矿开采在使用这项技术，还有3%左右的金矿开采使用了这项技术。此外，这项技术在镍、钴和锌等矿物的开采中也有少量使用。”智利的许多铜矿场以及加纳、南非、中亚和澳大利亚等国家和地区的一些金矿都是进行生物冶金的中心。
富含铜、锌和镍等的金属矿物大多由金属硫化合物（金属硫化物）构成。这些化合物是不可溶解的，因此，提炼其中的金属成分的一方法就是在熔炉中加热这些矿石，这个过程需要消耗大量能源。Schippers解释道，“与之相反的是，细菌可以溶解这些金属，而不要求像熔炼设备那样的高温。”
一个尤为高效的生物冶金方法是被称为“生物浸出”的技术。Schippers说：“在这项工艺中，将稀硫酸喷洒到压碎的矿石上。这将刺激岩石中**存在的嗜酸细菌的生长。这些细菌以矿石为食，将不可溶解的金属硫化物氧化，从而将之变为可溶解的金属硫酸盐。”从矿石堆底部渗出的液体富含被溶解的金属。通过对该溶液进行电解处理，即可提炼出固态的**属。
Schippers已知适用于生物冶金的细菌有30多株，并且这个数字还在稳步增长。“显然，这扩大了应用范围。如今我们知道哪些细菌适用于哪种特定矿物，以及较为重要的，它们在什么样的条件下能够较高效地工作。”长期以来，生物冶金一直被视为替代传统熔炼技术的环保解决方案，因为后者不仅要消耗大量能源，而且会产生导致酸雨的元凶——二氧化硫。Schippers解释道，“但在现代化熔炼工厂，这已不是问题，因为99%以上的二氧化硫都被转化为硫酸，后者现已成为炼铜的重要副产品。”
尽管如此，生物冶金的*到之处在于其很低的能源需求，特别是对于处理金属含量很低的矿石。Schippers说：“生物冶金不会取代传统熔炼技术。尽管其能耗很高，但对于富矿，传统熔炼技术的效率依然高得多。不过，随着物价攀升，当开采低级矿藏在经济上变得切实可行时，生物冶金将真正替代传统熔炼技术。”
生物冶金也被引进到镍、钴和锌等矿物的开采中。采用了这项技术的矿场经营者包括芬兰的Talvivaara采矿公司，该公司开发了自有生物浸出工艺，采用细菌同时从同一个矿床开采出多种不同的金属。该公司正在芬兰Sotkamo镇的矿场使用这项工艺，这里的矿藏曾在很长一段时间内被视为品位太低，因而其开采在商业上不可行。拜生物冶金技术所赐，Talvivaara公司现已成为欧洲较大的镍生产商。
Schippers透露，有一个领域尚待深入研究，他说：“将生物冶金用于开采稀土在很大程度上仍处于试验阶段。”然而，在工业废弃物后处理和回收利用方面，细菌的使用颇具商业合理性。Schippers指出，“实验室研究和试点研究已经表明，可以利用细菌来对原本只能采用填埋法进行处理的矿渣进行后处理，因为这些矿渣含有大量重金属。”鉴于这种矿渣中的残余金属含量之高，到头来这种处理方式甚至可能在经济上较具吸引力。正如Schippers所解释的那样，目前在实验室中试用的工艺尚不具备商业可行性。但只要物价飙升，这种情况很快就会改观。到那个时候，采用生物浸出技术来处理矿渣和电子废料，以提取其中含有的贵重金属将很可能变得有利可图。
作者：Nils Ehrenberg
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汽车、电话、滤水器和助听器有何共同之处？乍看之下，似无共同之处，然而它们都是人们日常生活中所依赖之物。尽管我们对这些物品习以为常，然而其背后却蕴藏着复杂的科技。
磁悬浮飞船、无人驾驶汽车、通过手势控制的全息显示屏以及谋杀侦测预防方法——这些是大导演斯皮尔伯格在电影《少数派报告》中借助未来学家们展现的2054年的场景。2001年大家就在猜测，几十年后，我们的生活真的会变成John Underkoffler等麻省理工学院的科学家们所描述的那样，抑或是Douglas Coupland在其小说《Generation X》中所展现的那样？想象未来先进技术其实古已有之。比如，玛雅人的寺庙墙壁之上就能见到类似*行器的装饰物。那么，是什么促成了这些梦想？是渴求进步、力图创新还是出于好奇心？是人们渴望生活变得越来越好，越来越简单？如今的挑战要求我们提供新的解决方案——切实为人提供服务的技术。
医疗就是这样的例子。供职于贝恩咨询公司的Norbert Hültenschmidt博士表示，“所有的医疗系统都面临着相同的挑战，这就是医疗服务需求的激增导致医疗服务成本的飙升——而医疗服务需求主要是由经济繁荣和人口老龄化推动的。”譬如，糖尿病和癌症已经不再是工业化国家的“**”。数字较有说服力，当今世界每年有3600**死于这两种疾病。据世界卫生组织报道，其中80%的死亡病例来自发展中国家和新兴国家。日趋严峻的老龄化趋势也推高了医疗成本。国际阿尔茨海默病协会（ADI）报告说，2010年失智症相关成本约为6040亿美元。就此我们可以做些什么？
一件事就是许多国家需要对其医疗卫生系统进行改革。技术进步可以降低医疗成本，改善**效果，比如说通过个性化医疗。2000年6月26日是一个具有历史意义的日子，因为克林顿以及Craig Venter和Francis Collins这两位研究人员在这一天举行新闻发布会，宣布人类基因组工作草图绘制完毕。迄今为止的一个主要科学目标就是打开通向个性化医疗的大门。这样的系统将结合应用人类基因组知识和早期探测方法，来尽早发现疾病，以便能进行有效的预防或**。打造这样的系统将提升患者康复和生存的几率，同时降低医疗成本。
创新正在彻底改变人们生活的方方面面，从“刀锋战士”皮斯托留斯的高科技假肢，到**现代化的助听器，以及能测量运动中脂肪燃烧情况的呼吸传感器。
这正是西门子生物转换技术项目研究人员力图实现的目标。通过携手海德堡大学的合作伙伴，西门子的科学家们开发了用于分析心肌机能不全患者的基因的软件。还有其他早期探测疾病的方法。西门子*研究院（CT）的Maximilian Fleischer博士正在致力于研发一种设备，它使用传感器，能从呼出气体样本中“嗅出”癌症以及过敏和感染。
与此同时，其他研究人员正在开发一种与手机差不多重的设备，它内置一款传感器，能确定业余和专业运动员在锻炼时燃烧的脂肪量。
人类寿命越来越长是一个好消息，但这同时也意味着生病的人会更多。然而，老龄化不一定只是负面消息，未来的老年人可以实现联网、轻松移动和独立。为此，西门子正与其合作伙伴一起携手开展为期三个月的帮助老年人独立生活的辅助系统的实际测试。该技术利用房间传感器探测潜在的紧急情况，并自动呼叫帮助，而腕表则会通知用户灯是否亮着，窗户是否开着。
这些技术依然还在研究阶段，但有些能使我们生活更轻松的技术已经存在。其中包括天气预报系统、移动互联网、交通运输信息系统和新型家电。这份名单肯定会越来越长。比如，西门子正携手德国北莱茵－威斯特法伦州开展实地测试，以找到利用智能化信息通信技术实现家庭供电自动化的方式。这将成为降低消费者用电成本的改进之一。
在德国波茨坦Hasso Plattner研究所从事全新生僻操作理念研究的Patrick Baudisch博士指出，智能手机可能很快就成为过去。“台式计算机和移动设备将会融合在一起，未来我们将只需要随身携带具有手机外形和功能的计算机。”他这样预测道。这只是Baudisch审视的未来诸多发展可能中的一个。另外一个涉及全新的操作界面，比如“触摸地板”，可与SmartSenior系统中的房间传感器一样报告紧急情况。还有一个项目聚焦医用植入体，比如*任何医生协助、可通过皮肤进行操作的起搏器。
这些创新如果想获得成功，就需要尽可能地做到用户友好。因此，易于操作是西门子研究人员关注的重中之重。遵照这一原则，Werner Chmelar及其位于奥地利维也纳的西门子交通集团下属工厂的团队为Inspiro地铁系统开发了全新的扶手。这些扶手就像树枝一样，使车内 “绿意盎然”。此外，这些扶手有不同的高度，适合不同身高的乘客使用。这种全新的地铁列车还实现了无障碍设计。本身就是盲人的Klaus-Peter Wegge正在测试不同的组件，并提出改进建议。来自西门子的可用性*还在关注工作环境的用户友好性。他们正在开发一款应用程序，对列车操作人员之间随时随地进行实时通信提供培训。这将会节省时间，并可加快操作速度。类似的用于智能手机和平板电脑的应用程序将可能会在更多地方得到更广泛地使用，比如医院和工厂，助力提高工作流程效率。
西门子为印度的一个偏远村庄安装了滤水装置和其他设备，以改善村民的健康状况。
花小钱，办大事。让我们的生活更简单轻松的技术的确非比寻常，但是并非**所有人都能受益于这些技术。譬如，印度有大约70%的人每天仅能依靠两美元生活。对于他们而言，生活必需品匮乏，比如清洁的饮用水、卫生系统和电力。这些必需品的缺失对生活条件造成了巨大影响，尤其是在农村地区。但是生活中还是充满着希望。
在孟买以北130公里的Amla村，西门子于2012年夏天为该村安装了太阳能电力设施和滤水器。现在，村民们每天都可享用2万升清洁的饮用水，不用再长途步行去打井水。尽管腹泻不是常见疾病，但是在印度每天有大约1600人因此死亡。Amla的村民们现在有了电力和电灯，这有助于提升受教育水平，因为孩子们现在在夜间也能学习了。项目经理Prashant Chandwadkar认为这个项目非常重要。“这些技术可以通过类似方式为印度所有村庄带来改变。”他这样说道。
这些例子清楚地表明，造福人的技术不一定非要像电影《少数派报告》中展现的那样炫。小型、廉价的解决方案同样可以大有作为。有时候，甚至一台1.5米长的滤水装置就足以改变人们的生活，而这正是Amla村庄300位村民的发现。
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师法自然
诸如天气、交通、股票市场和体内生物化学过程等种种复杂系统的运转，并不是随机而为的过程，相反这一切都要遵循各自的非线性规律。此类系统的个体组成部分之间相互作用，不断更迭。这样的例子比比皆是，譬如沙丘会自然成型，又如云朵、蚁群、激光中的光脉冲和大脑中的信号，无不自成一体而有条不紊。系统的复杂性随其所包含元素的数量、这些元素之间的联系广度以及联系关系的非线性程度而增加。因此，假如信号强度加倍，产生的结果未必也只是加倍，而可能是4倍甚至8倍于原本的强度。
不过，通过运用复杂动态系统理论，人们通常可以在寥寥数个参数的基础上为影响着多个系统的趋势建立模型。譬如，一个智能交通引导系统，要预测特定高峰路况或严重拥堵，它并不需要掌握公路上每个司机的驾驶行为。这样的系统经过调试，能够根据交通流量模式的变化及时识别出趋势，然后视需要调整交通灯次序或隧道入口通行情况。
资料来源：互联网数据中心发布的《2011年数字宇宙研究报告》（两份图表均引自该报告）
说到复杂的系统，大脑就是一个较其有趣的例子。当人们学习新事物时，大脑中的神经元会自动建立新的结点，形成新的神经网络。在由感觉器官传递到大脑的刺激模式的作用下，大脑中会形成更为复杂的行为模式。总的来说，在脑研究和复杂系统研究成果的启迪下，计算机科学领域也发生了范式转变。在相当长的时间内，科学家们一度以为复杂的系统只能通过高级程序来控制，但是如今我们知道了，像发电、制造、交通引导系统和物流等领域的很多过程，都可以通过神经网络来实现管理，其作用方式正如大脑神经的互联互通。这里的一大优势就是此类人工神经网络可以从实例中实时学习，并根据变化着的状况灵活做出响应。
现在神经网络已经被应用于电厂运转控制中。比如，堪称当前世界较高效的发电装置的西门子在德国易兴镇建造的燃气轮机，就配备有数千个传感器，可以不间断监测气压、废气温度和排放量。传感器监测到数据后，以人脑为模型的软件系统对数据进行评估，同时自动从中学习。但是测量数据不仅用于优化一座发电装置的运转；利用某种群体智能，还可以实现多座发电装置的互联互通，而这些发电装置本身在运转过程中会根据经验不断自我优化。
与此类似，在未来的“物联网”中，很多设备将可以互相交换数据，使用网络服务，以及人机交互。比如，衣服将告诉洗衣机需要设置的水温；汽车之间将相互通信，从而避免交通堵塞和事故；未来的电网将连通千千万万个能源生产商和消费者；软件代理将自动购买和销售电力；工厂里的部件将装上智能标签，从而能够自我组织，并通过无线电通信来控制生产过程。
资料来源：思科VNI移动，2012年
工业设施也将采集整个产品生命周期期间的数据，用以优化生产制造、产品运转和回收利用；一体化交通和运输系统将综合利用各种交通方式，以使乘客能够尽可能快捷而便利地抵达目的地。在目前的应用中，由先进医疗设备生成的图像已经可以通过计算机来解读，然后图像信息与知识数据库中的信息相联系，辅助医师进行诊断。
物联网将使知识获取方式发生天翻地覆的转变，并催生新的商业模式和服务。人们还将以类似的方式建立一种全新的“知识互联网”和“服务互联网”。不过首要的一点是，通过网络实现互联互通的事物数量势必会激增。举例而言，互联网数据中心（IDC）的市场研究人员预期不**过2015年，**就将有150亿个联网型设备实现互联，而到2020年，这一数字将增加到500亿以上。
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稳定电网的秘诀
西门子全新研制的一个机器学习解决方案，正在帮助瑞士国家电网公司准确预测跨境输电的损耗，它不仅显着降低了成本，而且提高了整个欧洲的电网稳定性。
自诩“欧洲中心”的地方不在少数。但若要说到输配电系统，只有一个地方当得起这个美称：人口只有3207人的瑞士劳芬堡（Laufenburg）。莱茵河畔这座风景如画的小镇曾是罗马大军和拿破仑雄狮的交锋之地，而现如今成为截然不同的另一种力量的的聚集之地：连通法国、德国、奥地利、意大利，当然还有瑞士本国的电力线路。此外，用于同步和设置电网频率（有人称“心跳”）的原子钟也安装在这里，它管辖着整个欧盟以及土耳其的电网。
劳芬堡还是瑞士国家电网公司（Swissgrid）的总部所在地。由于其战略位置，Swissgrid在确保跨越多国的发电和用电始终保持平衡方面发挥着关键作用。
然而，实现上述目标，维持50赫兹的稳定频率，在很大程度上取决于准确的预测。在发电方面，这愈发困难，因为可再生资源发电比例不断增加。预测用电量同样是件棘手的事情，因为寒流突袭或热浪过境等诸多不确定因素都可能会造成电力需求的巨大浮动。
除这些变数外，还要预测所谓的“输送损耗”问题。这种损耗是指电能在从一个国家传输到另一个国家的过程中由于线路电阻而损失掉的电量。以意大利为例，该国从北欧购买电能，途径瑞士。此类损耗还受一系列变数的影响，诸如当地气候条件和在某个特定时间点输送的电量，这种损耗“平均达到瑞士电网总负荷的1.6%左右，总损耗约达100兆瓦。”西门子基础设施与城市业务领域智能电网集团**执行官Jan Mrosik博士称。“按照每度0.055欧元的现价计算，这些损耗折合成资金相当于每小时5500欧元，也就是每年4818万欧元。”
节约成本的算法。为弥补输电损耗，Swissgrid不得不从瑞士电力现货市场额外购电，而这个过程每天都要提前16小时来完成，日复一日，年复一年。鉴于涉及的电量巨大，Swissgrid显然需要较准确的预测。直到前不久，该公司还在依赖一种预测误差约为11%的算法疲于应付。但是据Mrosik介绍，现在借助西门子*研究院开发的一种基于神经网络的算法，Swissgrid有望将其预测误差降低十分之一，到10%左右。他说：“现在调控电力的用量减少，由于过高估计输电损耗而导致的过剩电能也得以降低，我们估计Swissgrid每年能节约大约20万欧元的成本。”另据Ralph Grothmann博士介绍，不同于同类其他算法的是，西门子*研究院研发的这款系统“从负荷（用电量）预测一步估算输电损耗，这两个功能不再像通常认为的那样互不相干。”Ralph Grothmann博士和Hans-Georg Zimmermann博士合作开发了这个算法。“这是一个集成模式，它不仅*辟蹊跷，而且在准确度上远远**过竞争产品。”凭借着研究者多年潜心钻研神经网络的经验，他们的负荷预测准确度一般能达到97%。这种准确度还源于另一个因素，那就是西门子*研究院的算法还考虑到历史数据以及诸如当前天气条件、人工蓄水系统的水位等变数。
新的混合算法一旦得到全面应用，欧盟电网的稳定性将得以提高。“就电网适应风能、太阳能和水电等可再生能源并网发电而言，系统的学习能力至关重要。”Mrosik如是道。
此外，该算法还可以用于预测其他因素，比如欧洲的电力流向及风电场和太阳能发电站的预期发电量。“西门子开展的试点项目显示，我们的神经网络可以预测未来72小时内来自可再生能源的电力供应量，其准确率达到90%。”Mrosik称，“这类数据能够真正帮助电网运营商平衡电力流动。”
作者：Arthur F. Pease
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魔高一尺，道高一丈
诸如电网、数据高速公路和公交网络等复杂的基础设施，需要由精密的安全防护架构来提供保护。
华盛顿追击。一股黑势力正在张网追击。他们的目标是劫持一名在警探约翰?麦克林（布鲁斯?威利斯饰）护送下的证人。约翰?麦克林面临的形势不容乐观。追击他和证人的罪犯团伙侵入了华盛顿市的所有计算机系统。他们现在控制了交通网络、电话线路和IT线路，因此能够一面通过团伙指挥中心的巨型监视器掌握追击对象的行踪，一面将交通灯切换成红灯，关闭地铁线路，使整个市区陷入混乱之中。电影《虎胆威龙》中的一幕可以说是每位IT安全*的噩梦。
位于慕尼黑的西门子*研究院的IT安全技术领域负责人Johann Fichtner博士也看过这部电影。Fichtner和他的团队负责协助西门子各个业务领域解决IT安全问题。“电影中的情景并非完全是无稽之谈；理论上，黑客入侵可以使整个基础设施系统陷入瘫痪。”Fichtner如是道。在机场、公交系统、饮用水和能源网络、医院以及数据网络中，控制系统的复杂性和互联程度越高，发生这种意外的风险也就越大。
由于诸多其他基础设施均依赖于电力，所以电网首当其冲需要保护。对于智能电网而言，这一点尤为重要，因为未来智能电网将与众多电力生产商、电力消费者及软件系统密切相连。在这一领域需要制定和实施国际安全策略标准。“在此过程中，我们要着眼于整个智能电网，而不只是个别组件之间的连接。”奥地利维也纳西门子自动化仪表和信息系统业务部（AMIS）的负责人Alexander Schenk表示。部署有AMIS系统的智能电网可以利用智能电表计量家庭用电量，从当地变电站收集用电数据，监视和管理电网，向控制中心发送数据，并将数据存储在软件中，然后由软件生成电费单。所有这些功能和连接都不可避免地需要安全防护。已经部署AMIS的网络，如上奥地利州（Upper Austria）和德国巴符州（Baden-Württemberg）的电网，均有软件加密功能和协议来保驾**，这些防护措施对于哪些模块可以传输数据以及向哪里传输数据，都有明确的定义。“这种措施带来了一种优势，因为即使某个密码被黑客破解，他们也只能访问某个网段，而这个密码可以通过软件下载很快得到修改。”Schenk说道。在此类系统中，还可以视需要添加新的或扩展安全标准。
另一个问题是，越来越多的网络和工业设施都在使用标准的操作系统，并且采用基于网络的服务，这使得它们面临着从任何PC都可以对其进行访问的潜在风险。鉴于它们大多使用Windows或Linux操作系统，所以也具有易于维修的优势。“不过也正是由于这个原因，它们与使用专门开发的软件的系统相比，更易受到攻击，因为其设置对黑客来说已是轻车熟路。”西门子*研究院的*Steffen Fries表示。
在未来，消费者家中的智能电表会将数据发送到互联网，所以他们可以通过网络应用程序来随时查看其用电情况。但是如果黑客侵入*服务器，他们便可以判断出某个家庭或公寓何时未用电，从而事先窥探出家中何时没有人在。
模拟小故障。不仅电网正日益成为高度复杂的系统；现今的高铁网络和新型地铁线路已经采用软件控制的机械和电气推进系统，因而同样十分复杂。因此，某一个模块的故障可能会影响整辆列车。比如，如果电子系统无法正常关门，那么仅仅手动关上车门并不能解决问题。其他系统需要了解该问题，并相应调整自身的操作，这时其需要发出命令，允许列车在未接到显示门实际已关闭的电子信号的情况下驶离站台。针对每一种可以预想到的情景，*们都必须绘制出故障树形结构，描述出现每一种功能错误时应采取的应对措施。只有在针对每一种可以预见的意外情况完成此分析后，才能定义应对参数。
“我们以往必须针对每个新列车概念制定一个新的故障树。”慕尼黑西门子*研究院的风险管理与分析部负责人Martin Rothfelder说。但这样又会出现另外一个问题，那就是每个国家都有其自己的铁路系统安全标准。比如，法国的大部分列车门控制系统只能通过电子系统进行监控，但是英国的铁路网络通常还使用基于传感器的附加安全架构，该架构通过总线系统发送信号。如此一来，证明系统是否具备故障安全功能变得更为困难。 Rothfelder的团队利用标准软件工具开发出一种程序，通过该程序可以在子系统中应用故障树。技术人员只需要键入具体列车的一些变量，然后便可以自动执行故障分析。“如果某项提议的解决方案不够安全，我们现在能够更快地确定，然后告知研发团队需要考虑其他解决方案。”Rothfelder介绍道。
为保护敏感系统抵御侵袭而设计的各种策略基本上都大同小异。其流程不外乎由专业人员对系统和需要的防护类型进行分析，定义安全要求，开发合适的安全架构，然后再付诸实施。据Fichtner表示，目前来看安全编程技术的测试和官方认证是大势所趋。西门子*研究院的研发中心是负责软件研发的部门，该部门同时还在中东、欧洲和印度业务区提供不断更新的安全培训课程。用Fichtner的话说，这里的首要原则是：必须不断检查所有系统的新弱点。“那种认为现行系统不能动的观点已然不合时宜。”
作者：Katrin Nikolaus
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未来：自动化经济
William Brian Arthur教授，67岁，数学家、经济学家。Arthur教授目前是帕洛阿尔托研究中心（PARC）智能系统实验室的客座研究员。他的研究侧重于基础经济和技术发展问题。在圣菲研究所工作期间，Arthur提出了一个关于经济系统的理论，他认为可以将经济看作是一个在某种演进框架下不断发展的复杂体系。在其较新着作《技术的本质》一书中，Arthur探讨了创新的过程。他认为网络化的计算机和传感器正日益构成一个数字神经系统，未来这个系统能够自动控制经济的运作。
“*二经济”是指什么？
Arthur：我目前在帕洛阿尔托的Xerox PARC中心参与研究工作，也就是说在硅谷的中心区。对我而言，这可谓天时地利，可以让我站在经济学家的角度深入思考人们所说的数字化革命。多数人会将数字化革命与两样事物联系起来：计算机及计算机之间日益深化的联网程度。不过，我认为实际情况要比这复杂得多。越来越多的商业过程将由机器来完成，不需要任何形式的人工干预。也就是说，在我们所熟悉的实物商品和人工服务经济之外，一种数字化的经济正悄然形成。在这种经济中，服务器可以互相“通话”，执行交易。这就是我所说的“*二经济”。
现实中这种由机器主导的商业模式将如何运作？
Arthur：在20年前，当你想乘飞机的时候，你要到柜台去，工作人员为你办理登机手续。但是现在你可以在服务终端中插入常飞旅客卡或信用卡，这时会立即触发计算机与全世界的“会话”：系统识别你的姓名后，计算机会检查你的航班状态并搜索你以往搭乘航班的相关数据，然后将你的数据与**部门的数据库进行比对。接下来，机器为你分配座位，更新你的累积飞行里程，并确定你是否有资格进入贵宾候机室候机。这些“会话”全部由服务器、路由器、卫星、联网计算机及其他机器来执行。只有这些操作全部完成后，才会为你发出登机卡。整个过程大部分是自动进行的，不需要任何的人工干预。这个过程完成后，我们就可以在习以为常的实物世界中看到结果。
在这个过程中，互联网发挥什么样的作用？
Arthur：互联网将发挥十分重要的作用，但是并非所有的机器对机器通信都通过互联网实现，比如很多内部数字化业务流程会通过专网完成。所以，互联网在*二经济中的作用确实很重要，但它不会是一枝*秀的系统。
*二经济的推动因素是什么？
Arthur：联网计算机使很多流程的效率得以提高，成本得以降低，它还为在**各地实现流程分配创造了条件。另外，这不仅仅涉及到计算机**联网，还有越来越多的传感器联网。比如货车运输带有RFID标签的货物，它可以与传感器通信，然后传感器与计算机通信，而计算机本身又与供应链优化系统中的其他计算机联网。我们现在所看到的是一个日趋自动化的经济的开端，它的自动化依赖于传感器。这种趋势已对我们的日常生活产生了切实的影响，并且它的影响日后会有增无减。举例来说，我相信在今后十年左右，人们就可以在洛杉矶街头驾驶具备自动驾驶功能的汽车，这些汽车中的传感器能帮助它们探测其他车辆的位置。人们还将看到可以优化交通流量的智能交通灯。我要再强调一点，所有这些都涉及到机器对机器通信，包括车辆与周围车辆的通信、车辆与交通诱导系统的通信等。换句话说，我们正在迎来一个自主经济体系，我们可以将它比喻为人类的*系统，因为*系统也是自主运行、不受大脑集中控制的。
所有这些因素对未来经济会产生什么样的影响？
Arthur：比如在生产领域，我们将会看到装有传感器的机器人，它们利用这些传感器能够识别特定情境，然后对其做出灵活响应。可以说，它们不再是盲目无知的。这意味着它们不会只局限于执行严格限定的任务。这将促进效率的提高，同时促使美国和欧洲地区的制造业迎来新的发展机遇，进而在高收入地区创造就业机会，**就业。
但是机器自动化不断发展是否会导致失业问题？
Arthur：是的，我们首先会想到那些过去负责办理登机手续的机场工作人员。随着经济的发展，将来我们能够生产出更多的东西，其数量之大**乎我们的想象。经济学家凯恩斯在80年前就预测我们未来将能够生产出大量的产品，提供众多的服务。他说，届时的问题将在于如何分配这些财富。在*二经济时代，由于机器将取代人工承担大量工作，我们可能会有更多的业余时间。社会需要解决这一问题，其中有一个可以考虑的办法，就是对服务于公共利益的新就业岗位给予补贴，比如社会服务领域的工作。或许我们也可以缩短工作时间，延长假期，这样就能更好地分配剩下的就业机会。但是随着经济转型的深入发展，很多目前看来稳定的工作可能会被淘汰，所以未来这方面的挑战可能相当严峻。
您预期*二经济的发展速度会如何？
Arthur：*二经济现在已经占据了一席之地，比如目前在华尔街及其他金融市场，已经有很多流程实现了自动化。当然，没人能确切衡量目前*二经济的实际规模。我估计它已经达到了传统经济规模的一半，在2030年之前应该能赶上传统经济。这种发展将引发巨大的动荡。
您说过这会是有史以来**经济经历的较大动荡。为什么？
Arthur：或多或少我是一个怀疑论者。但是*二经济将带来的变化无疑会是巨大的。我们所谈论的不仅是生产率的提高，我们在探索经济特征的改变。工业革命时期，蒸汽机和电机逐步取代人工生产，机器很快成为经济的“主力”。如今的网络化传感器和计算机则在构建一个“神经系统”，它可以自动、智能地控制这些“主力”，*人工干预。出于上述原因，我认为这场动荡至少与工业革命不相上下，甚至更大。
新经济时代会比我们现在更好吗？
Arthur：当然这个希望非常大，但前提是我们处理好某些问题，比如确保大部分人口接受良好的教育，公平分配就业机会等。但是如果我们只是任其发展，无所作为，那么社会矛盾可能会升级。从狄更斯小说中描绘的与工业革命相关的问题中，我们能够学到很多东西。社会发展较终解决了这些问题，我相信将来我们也可以做到。
采访：Christian Buck
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微型矿工
在一项成熟的铜矿和金矿开采工艺中，**存在的细菌被用于从矿石中分解出所含金属。与熔炼技术不同的是，这种方法几乎不消耗任何能源。类似地，细菌将很快被用于帮助回收利用工业废弃物。
Axel Schippers将他的“珍宝”存放在位于汉诺威的德国联邦地球科学与自然资源研究所。在这里，大约1,500株细菌在零下140℃的温度下被冷冻保存。Schippers是一位地球微生物学家，在需要的时候，他可以让这些在低温下处于休眠状态的生物恢复活力。这些细菌包括酸微菌属、酸硫杆状菌属、钩端螺菌属和氧化硫化杆菌属等。Schippers解释道，“这些细菌都是嗜酸细菌，也就是说，它们喜欢酸性环境，可以将金属硫化物氧化。正因如此，它们都能在生物冶金中发挥重要作用。”
在一种被称为“生物浸出”的提炼方法中，矿物所含金属在酸和空气的作用下被溶解出来。
生物冶金是一项以使用细菌为基础的金属提炼技术。Schippers表示：“现在，**范围内有15%左右的铜矿开采在使用这项技术，还有3%左右的金矿开采使用了这项技术。此外，这项技术在镍、钴和锌等矿物的开采中也有少量使用。”智利的许多铜矿场以及加纳、南非、中亚和澳大利亚等国家和地区的一些金矿都是进行生物冶金的中心。
富含铜、锌和镍等的金属矿物大多由金属硫化合物（金属硫化物）构成。这些化合物是不可溶解的，因此，提炼其中的金属成分的一方法就是在熔炉中加热这些矿石，这个过程需要消耗大量能源。Schippers解释道，“与之相反的是，细菌可以溶解这些金属，而不要求像熔炼设备那样的高温。”
一个尤为高效的生物冶金方法是被称为“生物浸出”的技术。Schippers说：“在这项工艺中，将稀硫酸喷洒到压碎的矿石上。这将刺激岩石中**存在的嗜酸细菌的生长。这些细菌以矿石为食，将不可溶解的金属硫化物氧化，从而将之变为可溶解的金属硫酸盐。”从矿石堆底部渗出的液体富含被溶解的金属。通过对该溶液进行电解处理，即可提炼出固态的**属。
Schippers已知适用于生物冶金的细菌有30多株，并且这个数字还在稳步增长。“显然，这扩大了应用范围。如今我们知道哪些细菌适用于哪种特定矿物，以及较为重要的，它们在什么样的条件下能够较高效地工作。”长期以来，生物冶金一直被视为替代传统熔炼技术的环保解决方案，因为后者不仅要消耗大量能源，而且会产生导致酸雨的元凶——二氧化硫。Schippers解释道，“但在现代化熔炼工厂，这已不是问题，因为99%以上的二氧化硫都被转化为硫酸，后者现已成为炼铜的重要副产品。”
尽管如此，生物冶金的*到之处在于其很低的能源需求，特别是对于处理金属含量很低的矿石。Schippers说：“生物冶金不会取代传统熔炼技术。尽管其能耗很高，但对于富矿，传统熔炼技术的效率依然高得多。不过，随着物价攀升，当开采低级矿藏在经济上变得切实可行时，生物冶金将真正替代传统熔炼技术。”
生物冶金也被引进到镍、钴和锌等矿物的开采中。采用了这项技术的矿场经营者包括芬兰的Talvivaara采矿公司，该公司开发了自有生物浸出工艺，采用细菌同时从同一个矿床开采出多种不同的金属。该公司正在芬兰Sotkamo镇的矿场使用这项工艺，这里的矿藏曾在很长一段时间内被视为品位太低，因而其开采在商业上不可行。拜生物冶金技术所赐，Talvivaara公司现已成为欧洲较大的镍生产商。
Schippers透露，有一个领域尚待深入研究，他说：“将生物冶金用于开采稀土在很大程度上仍处于试验阶段。”然而，在工业废弃物后处理和回收利用方面，细菌的使用颇具商业合理性。Schippers指出，“实验室研究和试点研究已经表明，可以利用细菌来对原本只能采用填埋法进行处理的矿渣进行后处理，因为这些矿渣含有大量重金属。”鉴于这种矿渣中的残余金属含量之高，到头来这种处理方式甚至可能在经济上较具吸引力。正如Schippers所解释的那样，目前在实验室中试用的工艺尚不具备商业可行性。但只要物价飙升，这种情况很快就会改观。到那个时候，采用生物浸出技术来处理矿渣和电子废料，以提取其中含有的贵重金属将很可能变得有利可图。
作者：Nils Ehrenberg
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汽车、电话、滤水器和助听器有何共同之处？乍看之下，似无共同之处，然而它们都是人们日常生活中所依赖之物。尽管我们对这些物品习以为常，然而其背后却蕴藏着复杂的科技。
磁悬浮飞船、无人驾驶汽车、通过手势控制的全息显示屏以及谋杀侦测预防方法——这些是大导演斯皮尔伯格在电影《少数派报告》中借助未来学家们展现的2054年的场景。2001年大家就在猜测，几十年后，我们的生活真的会变成John Underkoffler等麻省理工学院的科学家们所描述的那样，抑或是Douglas Coupland在其小说《Generation X》中所展现的那样？想象未来先进技术其实古已有之。比如，玛雅人的寺庙墙壁之上就能见到类似*行器的装饰物。那么，是什么促成了这些梦想？是渴求进步、力图创新还是出于好奇心？是人们渴望生活变得越来越好，越来越简单？如今的挑战要求我们提供新的解决方案——切实为人提供服务的技术。
医疗就是这样的例子。供职于贝恩咨询公司的Norbert Hültenschmidt博士表示，“所有的医疗系统都面临着相同的挑战，这就是医疗服务需求的激增导致医疗服务成本的飙升——而医疗服务需求主要是由经济繁荣和人口老龄化推动的。”譬如，糖尿病和癌症已经不再是工业化国家的“**”。数字较有说服力，当今世界每年有3600**死于这两种疾病。据世界卫生组织报道，其中80%的死亡病例来自发展中国家和新兴国家。日趋严峻的老龄化趋势也推高了医疗成本。国际阿尔茨海默病协会（ADI）报告说，2010年失智症相关成本约为6040亿美元。就此我们可以做些什么？
一件事就是许多国家需要对其医疗卫生系统进行改革。技术进步可以降低医疗成本，改善**效果，比如说通过个性化医疗。2000年6月26日是一个具有历史意义的日子，因为克林顿以及Craig Venter和Francis Collins这两位研究人员在这一天举行新闻发布会，宣布人类基因组工作草图绘制完毕。迄今为止的一个主要科学目标就是打开通向个性化医疗的大门。这样的系统将结合应用人类基因组知识和早期探测方法，来尽早发现疾病，以便能进行有效的预防或**。打造这样的系统将提升患者康复和生存的几率，同时降低医疗成本。
创新正在彻底改变人们生活的方方面面，从“刀锋战士”皮斯托留斯的高科技假肢，到**现代化的助听器，以及能测量运动中脂肪燃烧情况的呼吸传感器。
这正是西门子生物转换技术项目研究人员力图实现的目标。通过携手海德堡大学的合作伙伴，西门子的科学家们开发了用于分析心肌机能不全患者的基因的软件。还有其他早期探测疾病的方法。西门子*研究院（CT）的Maximilian Fleischer博士正在致力于研发一种设备，它使用传感器，能从呼出气体样本中“嗅出”癌症以及过敏和感染。
与此同时，其他研究人员正在开发一种与手机差不多重的设备，它内置一款传感器，能确定业余和专业运动员在锻炼时燃烧的脂肪量。
人类寿命越来越长是一个好消息，但这同时也意味着生病的人会更多。然而，老龄化不一定只是负面消息，未来的老年人可以实现联网、轻松移动和独立。为此，西门子正与其合作伙伴一起携手开展为期三个月的帮助老年人独立生活的辅助系统的实际测试。该技术利用房间传感器探测潜在的紧急情况，并自动呼叫帮助，而腕表则会通知用户灯是否亮着，窗户是否开着。
这些技术依然还在研究阶段，但有些能使我们生活更轻松的技术已经存在。其中包括天气预报系统、移动互联网、交通运输信息系统和新型家电。这份名单肯定会越来越长。比如，西门子正携手德国北莱茵－威斯特法伦州开展实地测试，以找到利用智能化信息通信技术实现家庭供电自动化的方式。这将成为降低消费者用电成本的改进之一。
在德国波茨坦Hasso Plattner研究所从事全新生僻操作理念研究的Patrick Baudisch博士指出，智能手机可能很快就成为过去。“台式计算机和移动设备将会融合在一起，未来我们将只需要随身携带具有手机外形和功能的计算机。”他这样预测道。这只是Baudisch审视的未来诸多发展可能中的一个。另外一个涉及全新的操作界面，比如“触摸地板”，可与SmartSenior系统中的房间传感器一样报告紧急情况。还有一个项目聚焦医用植入体，比如*任何医生协助、可通过皮肤进行操作的起搏器。
这些创新如果想获得成功，就需要尽可能地做到用户友好。因此，易于操作是西门子研究人员关注的重中之重。遵照这一原则，Werner Chmelar及其位于奥地利维也纳的西门子交通集团下属工厂的团队为Inspiro地铁系统开发了全新的扶手。这些扶手就像树枝一样，使车内 “绿意盎然”。此外，这些扶手有不同的高度，适合不同身高的乘客使用。这种全新的地铁列车还实现了无障碍设计。本身就是盲人的Klaus-Peter Wegge正在测试不同的组件，并提出改进建议。来自西门子的可用性*还在关注工作环境的用户友好性。他们正在开发一款应用程序，对列车操作人员之间随时随地进行实时通信提供培训。这将会节省时间，并可加快操作速度。类似的用于智能手机和平板电脑的应用程序将可能会在更多地方得到更广泛地使用，比如医院和工厂，助力提高工作流程效率。
西门子为印度的一个偏远村庄安装了滤水装置和其他设备，以改善村民的健康状况。
花小钱，办大事。让我们的生活更简单轻松的技术的确非比寻常，但是并非**所有人都能受益于这些技术。譬如，印度有大约70%的人每天仅能依靠两美元生活。对于他们而言，生活必需品匮乏，比如清洁的饮用水、卫生系统和电力。这些必需品的缺失对生活条件造成了巨大影响，尤其是在农村地区。但是生活中还是充满着希望。
在孟买以北130公里的Amla村，西门子于2012年夏天为该村安装了太阳能电力设施和滤水器。现在，村民们每天都可享用2万升清洁的饮用水，不用再长途步行去打井水。尽管腹泻不是常见疾病，但是在印度每天有大约1600人因此死亡。Amla的村民们现在有了电力和电灯，这有助于提升受教育水平，因为孩子们现在在夜间也能学习了。项目经理Prashant Chandwadkar认为这个项目非常重要。“这些技术可以通过类似方式为印度所有村庄带来改变。”他这样说道。
这些例子清楚地表明，造福人的技术不一定非要像电影《少数派报告》中展现的那样炫。小型、廉价的解决方案同样可以大有作为。有时候，甚至一台1.5米长的滤水装置就足以改变人们的生活，而这正是Amla村庄300位村民的发现。
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师法自然
诸如天气、交通、股票市场和体内生物化学过程等种种复杂系统的运转，并不是随机而为的过程，相反这一切都要遵循各自的非线性规律。此类系统的个体组成部分之间相互作用，不断更迭。这样的例子比比皆是，譬如沙丘会自然成型，又如云朵、蚁群、激光中的光脉冲和大脑中的信号，无不自成一体而有条不紊。系统的复杂性随其所包含元素的数量、这些元素之间的联系广度以及联系关系的非线性程度而增加。因此，假如信号强度加倍，产生的结果未必也只是加倍，而可能是4倍甚至8倍于原本的强度。
不过，通过运用复杂动态系统理论，人们通常可以在寥寥数个参数的基础上为影响着多个系统的趋势建立模型。譬如，一个智能交通引导系统，要预测特定高峰路况或严重拥堵，它并不需要掌握公路上每个司机的驾驶行为。这样的系统经过调试，能够根据交通流量模式的变化及时识别出趋势，然后视需要调整交通灯次序或隧道入口通行情况。
资料来源：互联网数据中心发布的《2011年数字宇宙研究报告》（两份图表均引自该报告）
说到复杂的系统，大脑就是一个较其有趣的例子。当人们学习新事物时，大脑中的神经元会自动建立新的结点，形成新的神经网络。在由感觉器官传递到大脑的刺激模式的作用下，大脑中会形成更为复杂的行为模式。总的来说，在脑研究和复杂系统研究成果的启迪下，计算机科学领域也发生了范式转变。在相当长的时间内，科学家们一度以为复杂的系统只能通过高级程序来控制，但是如今我们知道了，像发电、制造、交通引导系统和物流等领域的很多过程，都可以通过神经网络来实现管理，其作用方式正如大脑神经的互联互通。这里的一大优势就是此类人工神经网络可以从实例中实时学习，并根据变化着的状况灵活做出响应。
现在神经网络已经被应用于电厂运转控制中。比如，堪称当前世界较高效的发电装置的西门子在德国易兴镇建造的燃气轮机，就配备有数千个传感器，可以不间断监测气压、废气温度和排放量。传感器监测到数据后，以人脑为模型的软件系统对数据进行评估，同时自动从中学习。但是测量数据不仅用于优化一座发电装置的运转；利用某种群体智能，还可以实现多座发电装置的互联互通，而这些发电装置本身在运转过程中会根据经验不断自我优化。
与此类似，在未来的“物联网”中，很多设备将可以互相交换数据，使用网络服务，以及人机交互。比如，衣服将告诉洗衣机需要设置的水温；汽车之间将相互通信，从而避免交通堵塞和事故；未来的电网将连通千千万万个能源生产商和消费者；软件代理将自动购买和销售电力；工厂里的部件将装上智能标签，从而能够自我组织，并通过无线电通信来控制生产过程。
资料来源：思科VNI移动，2012年
工业设施也将采集整个产品生命周期期间的数据，用以优化生产制造、产品运转和回收利用；一体化交通和运输系统将综合利用各种交通方式，以使乘客能够尽可能快捷而便利地抵达目的地。在目前的应用中，由先进医疗设备生成的图像已经可以通过计算机来解读，然后图像信息与知识数据库中的信息相联系，辅助医师进行诊断。
物联网将使知识获取方式发生天翻地覆的转变，并催生新的商业模式和服务。人们还将以类似的方式建立一种全新的“知识互联网”和“服务互联网”。不过首要的一点是，通过网络实现互联互通的事物数量势必会激增。举例而言，互联网数据中心（IDC）的市场研究人员预期不**过2015年，**就将有150亿个联网型设备实现互联，而到2020年，这一数字将增加到500亿以上。
