世界数字大脑知识库

世界数字大脑 一个影响人类未来发展的超级智能系统

一.世界数字大脑产生的背景

城市大脑和世界数字大脑的产生与一项基础科学研究有关,21世纪以来,前沿科技领域涌现大量新技术、新概念,包括物联网、云计算、大数据、工业互联网、云机器人、区块链、数字孪生等,同时2010年后,科技领域也出现大量类脑系统,如谷歌大脑、百度大脑,360安全大脑、城市大脑、工业大脑等。一个重要的问题是,为什么本世纪IT和智能产业领域出现如此多技术,它们之间的关系是什么?

2008年以来,种种迹象表明,互联网正在从网状向类脑结构演化,从而形成互联网大脑模型,各种前沿科技可以看做是互联网大脑中各神经系统发育的产物,例如云计算对应中枢神经系统;物联网对应感觉神经系统;工业4.0,云机器人、智能驾驶、3D打印对应运动神经系统;边缘计算对应神经末梢;大社交网络、混合智能、云群体智能和云机器智能对应类脑神经元网络;移动通讯和光纤技术对应神经纤维等。

2 互联网大脑模型图-small - 副本.jpg

互联网大脑模型与各个领域结合也不断产生新的成果,与科技企业结合产生了谷歌大脑、百度大脑、阿里ET大脑、360安全大脑、腾讯超级大脑,与产业结合形成了工业大脑、农业大脑、航空大脑、建筑大脑等。与智慧城市建设结合形成了城市大脑、城市超脑、城市神经系统。与智慧社会的构建结合就可以形成世界数字大脑(WDB)或世界数字神经系统(WWNS)。

二.从城市大脑到世界数字大脑的进化

2015年以来城市大脑首先成为科技产业和智慧城市领域的新热点,目前已经有近500个城市开展了城市大脑的规划和建设,有数千家企业参与到城市大脑的建设。

2020开始,包括浙江、上海、安徽、广东、四川等省和直辖市,开始省一级规划城市大脑、数字政府和数字化转型。中国在国家一级也开始推动一网通办,数据一体化建设等项目,这说明人类社会与类脑的前沿科技生态结合,已经逐步从城市大脑上升到省和国家层面。并将继续向世界范围扩展,最终形成世界数字大脑(WDB)或或世界数字神经系统(WWNS)。

从世界范围的科技生态发展看,过去60年出现了三次重要的全球性技术构建机遇。1974年诞生的TCP/IP技术,解决了硬件孤岛问题,实现硬件层(计算机和各种硬件设备)的互联互通问题,1989年诞生的万维网,解决了数据孤岛问题,实现了网络数据层互联互通问题,到2021年,世界在网络应用层出现地区、行业、产业、机构等不同类型的应用孤岛,为了解决这个问题,就需要在网络的应用层实现世界人、设备、系统的万物互联与万物交互。快速灵活的应对人类社会面临的各种复杂场景与需求。这样一个新的全球化的智能系统如果基于互联网大脑模型进行构建,就可以称为世界数字大脑(WDB)或世界数字神经系统(WWNS)。

二.世界数字大脑的定义与技术特征

因此世界数字大脑(系统)可以看做是互联网大脑模型与智慧社会结合的产物,是在世界范围的网络应用层形成的一个类脑复杂智能巨系统。

在人类智慧和机器智能的共同参与下,在物联网、大数据、人工智能、边缘计算、5G、云机器人和数字孪生等前沿技术的支撑下,数字神经元网络和云反射弧将是世界数字大脑建设的重点。

世界数字大脑的作用是提高人类社会的运行效率,解决人类社会发展过程中面临的复杂问题,更好地满足人类社会的不同需求。世界数字大脑在系统演化上将通过城市大脑向省级大脑、国家大脑扩展并最终全球化逐步完成。

世界数字大脑的目标是构建人类协同发展的全球化智能系统,为人类命运共同体的实现提供技术支撑,世界数字大脑的系统结构如图2所示。

加来源,和小图 世界数字大脑新结构图-世界图 - 副本.jpg

2 世界数字大脑系统结构图

根据互联网大脑模型的研究,提出世界数字大脑可以形成1+N模式的技术特征。

其中1是建世界统一的数字神经元网络,为世界范围的人、物、系统建立映射的程序单元,使它们可以根据需求进行连接、组合、交互,从而实现跨部门、跨行业、跨地区的互联互通。

N是指建立N条不同种类、不同范围、不同功能的云反射弧技术机制,将不同的数字神经元按照脑科学的反射弧机制形成协同工作的技术链条,解决城市、地区、行业、乃至人类社会面临的问题和需求。世界数字大脑的每一条云反射弧都包括了感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器等五个部分,如图3所示。

云反射弧.bmp云反射弧-流程图.jpg

3云反射弧的运行机制

三.世界数字大脑的技术实施路径

在具体的技术实施路径上,构建世界数字大脑(系统)可以分为九个方向,它们相互独立但也都是一个整体架构的有机组成部分,(如图4所示):

第一个方向是构建世界数字大脑的三个顶层规范,主要内容是世界数字大脑的建设应该有统一的数字神经元节点技术框架(对应人类、设备和程序系统);对于每个数字神经元节点应该遵循人机双智能控制、人类权限最大的原则,避免世界数字大脑因为过于复杂而失控;通过跨节点信息路由机制实现云反射弧,直接面对世界范围人类社会的问题和需求的解决。

第二个方向是数字神经元的架构标准,主要提出数字神经元的结构可以有信息展示区、功能模块区、智能控制区、神经元节点编码、空间位置编码等五个模块组成。

第三个方向是数字神经元的分类标准,提出按照映射对象将数字神经元分为人类神经元、实物神经元、程序神经元、团体神经元四种类型。

第四个方向是数字神经元的空间位置编码, 主要是为在现实世界存在的各种人、实物和团体的定位提供支持,目前可以采用的方法有经纬度和海拔的组合,北斗导航网格码等方法作为标准的候选方案。

第五个方向是数字神经元的全球身份编码,主要作用是为数字神经元提供世界统一的身份编码标准,为相互识别、互联互通做支撑。数字神经元编码包括分类标识位、人工编码、归属编码、时间戳和随机数,允许使用者自动生成。但需要在中心化的验证节点进行验证,保证全球唯一性。

第六个方向是数字神经元的权限关系,提出数字神经元的权限关系包括:人机关系、人人关系、机机关系等;相互的管理关系包括控制、领导和平等关系等。

第七个方向是世界数字大脑(系统)的技术架构,提出世界数字大脑的总体技术框架标准可以采用中心化和去中心化结合的方式,这样既能适应具有统一行政关系的场景,也能适应不同城市、不同国家行政主体互不隶属时的场景。

第八个方向是世界数字大脑的云反射弧的结构和运行机制,主要针对世界数字大脑运行中的各种需求和问题进行处理的技术链条如何形成进行了探讨,提出可以参考神经科学的反射弧机制,即从感受器、传入传出神经、中枢神经、效应器等五个部分对云反射弧机制进行分析。

第九个方向是世界数字大脑的运行安全标准,提出世界数字大脑运行中出现黑客的攻击、病毒的侵 入、操作者的失误、AI系统的BUG等问题。因此需要从感知节点、传输线路、决策中枢、运行数据、人机交互等多个角度对世界数字大脑运行安全进行保护。

四.建设世界数字大脑的流程与步骤探讨

世界数字大脑是一个全球性的类脑智能复杂系统,涉及到的技术和建设机构众多。如何能够实现模块化、自动化、耦合化构建世界数字大脑系统,可以提出九个步骤的建设流程与方法。

主要包括确定参与建设的主体是谁,建设的范围有多大;要解决的问题和满足的需求是什么;解决该问题涉及的人、设备、系统构成的数字神经元有哪些;解决该问题形成的云反射弧机制如何设计;如何对设计出的云反射弧进行评估;根据规划和评估合格的云反射弧方案,开始建设该条云反射弧;对已建立的云反射弧进行质量评估和持续监控;对规划的N条云反射弧进行共性研究,发现基础设施建设重点;共享建设经验和研究成果,云反射弧从管理和技术角度保持持续进化。各个步骤更详细的介绍如下(如表一所示):

1 世界数字大脑建设的九个步骤

步骤1

参与建设的主体是谁,建设的范围有多大

步骤2

要解决的问题和满足的需求是什么

步骤3

解决该问题涉及的人、设备、系统构成的数字神经元有哪些

步骤4

解决该问题形成的云反射弧机制如何设计

步骤5

如何对设计出的云反射弧进行不同角度的评估

步骤6

根据规划和评估合格的云反射弧方案,开始建设该条云反射弧

步骤7

对已建立的云反射弧进行质量评估和持续监控

步骤8

对规划的N条云反射弧进行共性研究,发现基础设施建设重点

步骤9

共享建设经验和研究成果,云反射弧从管理和技术角度保持持续进化

第一个步骤:确定参与建设世界数字大脑的负责主体是谁。这一主体将负责确定参与建设的覆盖范围和要解决的需求与问题,选择和确定参与建设企业和人员,负责监督参与建设的世界数字大脑运行安全性、稳定性和连续性。世界数字大脑是由不同尺度的大脑系统构成,包括企业大脑、社区大脑、城市大脑、省级大脑、国家大脑等,确定谁是城市大脑的负责主体,可以明确根据管辖的范围和职责对参与建设的世界数字大脑部分进行规划。

第二个步骤,负责主题参与建设的世界数字大脑在所管辖范围要解决什么问题,如何排序?任何一项技术最终都是要为人类服务,世界数字大脑作为一个综合各种前沿技术的复杂智能工程系统,能够在不同尺度解决人类各成员的问题,相对于之前的传统的单一技术,世界数字大脑面临的是异常复杂的应用场景, 不但层级众多,面临的需求和问题数目也将是一个天文数字。如何从海量的问题和需求中筛选出需要重点解决的问题,将是世界数字大脑建设中非常重要的一步。

第三个步骤,如何规划要解决特定问题涉及到的的重要数字神经元,在确定需要解决的问题和需求后,需要对该问题所涉及到的人、智能设备、智能系统如何形成数字神经元进行规划。包括预估涉及人、智能设备、智能系统的数量,有哪些人、智能设备、智能系统在这解决这个问题中是重要的数字神经元,这些数字神经元按照什么建设标准进行建设等。如果没有统一的数字神经元标准,未来规划和建设的的每条云反射弧都将是一个技术和信息孤岛,无法和其他云反射弧共用资源、共享信息、相互协同,更无法实现企业间、产业间、社区间、城市间、国家间的互联互通、协同工作。

第四个步骤,针对每个待解决问题如何设计相应的云反射弧方案?诸多前沿技术需要形成一个整体技术链条进行应对。在脑科学中,反射弧是各个神经系统联合工作帮助生物应对世界带来的挑战,同样在面对城市、地区,国家和世界发展带来的挑战时,世界数字大脑的建设也需要首先考虑如何将每个问题和需求与具体的云反射弧对应起来。可以按照神经科学的类感受器、传入神经、神经中枢、传出神经、效应器五个部分对涉及的技术、设备和人员进行分析,并形成初步的云反射弧方案。

第五个步骤,如何评估世界数字大脑的云反射弧方案?在设计云反射弧机制时,会面临诸多不确定性因素,例如,当前的技术发展成熟度能不能满足需求方的要求;建设云反射弧预估费用是否与建设主题的预算匹配;在云反射建设和运行过程中会涉及到哪些法律问题、社会伦理问题等。因此,在完成第四个步骤后,负责世界数字大脑参与建设主体需要组织包括技术专家、法律专家、政府官员、大数据专家、管理专家、科技哲学专家的评审团,从技术成熟度、建设成本、法律许可、数据支撑度、方案合理性、潜在危险性等多个角度对云反射弧进行评估和打分,形成评估结果供建设的决策者参考使用。

第六个步骤,设计可实施的城市云反射弧方案并开始建设。在经过上述5个步骤的准备后,参与规划和设计的建设方可以在城市云反射弧的初步设计方案基础上完成可实施的云反射弧建设方案,并开始实施。

第七个步骤,如何对已建立的云反射弧进行质量评估和持续监控?在云反射弧建设完成后,可以从项目完成时间、项目建设成本、该条云反射的反射时间和反射弧运行质量是否符合规划等方面进行综合检查,对于已建成开始运转的云反射弧,可以从每一条云反射弧的负责人、灾备方案、运行状态等方面持续评估和监控。世界数字大脑的参与建设主体应该建立管控中心、运营中心,应以能有效监督每一条云反射弧的运行。

第八个步骤,通过对建设主体规划和建设的所有云反射弧进行共性分析。发现所负责的世界数字大脑系统建设的重点?由于参与建设的责任主体负责的区域经济状况、自然状况、居民状况都不尽相同,世界数字大脑要解决的问题也就不可能一样。对应建立的成千上万的云反射弧开始规划时,通过聚合效应产生的世界数字大脑各神经系统建设重心也会出现巨大差异。例如,如果对数据传输的数量和质量要求比较高,这个区域的神经纤维就要特别发达,对5G、光纤、卫星通讯等技术需求大;如果需要有大量的AI技术和管理人员协同做决策,就要求这个区域的世界数字大脑中枢神经发达,运营和管理中心需要重点发展。

第九个步骤,实现世界数字大脑建设的信息公开共享,技术持续进化,世界数字大脑建设首先是为人类社会的所有成员服务,满足他们的各种需求。因此,世界数字大脑建设确定要解决的问题列表、实现技术方案和建设成本后应该在世界范围进行公布(负责主体所在国家的法律法规要求保密的除外),接受所有参与建设者和社会大众的评估和监督;同时,世界数字大脑的建设并不是某一城市、某一个地区、某一个国家内部的事情,而是世界技术生态的一部分,它的建设无论在技术还是建设经验上都是属于全人类的财富。世界各个城市、地区,国家建设的世界数字大脑既有各自特点,也有很多共性,通过世界数字大脑建设涉及的相关知识的共享,可以极大地推动世界数字大脑在世界各地的快速发展。

五.构建世界数字大脑的产业价值与战略意义

世界数字大脑系统可以将企业、工厂、金融部门、政府机构等等要素有机的链接并用仿生学的反射弧机制进行需求驱动,基于这个系统,一方面各经济、政治、生产、消费主体可以用更有效率的方式进行链接和组合,另一方面创新企业和创新研究者可以在如何构建新的链接和新的云反射弧机制上发挥无穷的创造力寻找更优的商业和产业云反射弧组机制。这将对产业和商业模式产生颠覆性影响,带来的经济的效益应该超过TCP/IP和万维网带来的巨大影响。

世界数字大脑的构建将具有重要的战略价值系,1974年美国主导了TCP/IP的实施,在互联网的发展中获得战略优势,1989年,欧洲研究机构主导了万维网的实施,为欧洲赢得了新技术革命的先机,世界数字大脑的实施对于抢占万物互联和万物交互的国际标准将起到重要作用。可以对于不同机构、不同行业、不同国家间协同工作奠定标准化基础。同时通过世界数字大脑系统的建设也将对5G、物联网、云机器人、区块链、人工智能、大数据等等前沿技术产生重要的拉动作用。世界数字大脑的建设将是TCP/IP、万维网之后第三次建立世界科技生态标准和系统的重要机遇。


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