仿生技术与折纸——智能机器人的未来发展方向

2023年2月26日晚,来自复旦大学智能机器人研究院的研究员方虹斌博导,为上海中学的同学们带来主题为《仿生技术与折纸——智能机器人的未来发展方向》的讲座。

讲座由智能机器人的发展历程引入。在教授的引导下，同学们发现，机器人由初现到如今，除智能化程度的提高以外，还具有机体由“刚”到“柔”又逐渐过渡为流形的趋势。而其中一个重要的因子与灵感来源就是对自然界中生物的模仿。由人类手臂到机械臂，由犬科动物到用于战场侦察的机器狗，人类不断改善智能机器人对复杂环境的适应能力，并力图使其在最低能耗下输出最大功率，帮助或替代人类完成各类工作。方教授为我们详细介绍了他大学至博导阶段的学术成果：模仿蚯蚓等动物，设计并制造了蛇形仿生机器人，可用于快速侦查环境，或于管道内作业。后期为使蛇形机器人更加轻巧节能，易于组装，方教授创新性地引入了折纸艺术的思路。只需薄薄一张塑料膜，经过精巧折叠，即可替代原先的厚重外壳，同时还更利于伸缩，实数一举两得。此外，方教授的自述中，也穿插了从学生时代一步步走向科研事业的过程，教授对自己青年时期学术生涯的自豪，对科研工作的投入感染着在场的同学们。

此次讲座使同学们对于智能机器人有了更加深刻的理解，方教授也鼓励同学们，通过自己的努力，将来考入复旦等名校，为这一事业的发展添砖加瓦。

（方虹斌博导带来主题讲座）

（学生认真听讲）

（文：高一（8）班 杨若琳/图：朱旭倩/编辑：胡晨）

“上中-复旦导师制计划”化学微课程——普通化学绪论

2月26日，侯军利教授以普通化学为切入点，介绍了化学这门学科。

化学是一门研究化学反应的物质科学。化学反应的基本特征是化学键的重组、质量守恒以及伴随着能量的变化。化学这门学科在生命、材料等领域都有广泛的应用，与同学们的生活密切相关。在17世纪，波义耳将化学确以为一个系统的科学，人们将1661年确认为化学元年。在1775年前后，拉瓦锡通过定量实验阐释了燃烧的氧化学说，开启定量实验时代。在1803年道尔顿提出原子论，解释了许多化学现象。

化学可以分为无机化学、有机化学、物理化学、生物化学等领域。介绍完绪论后，侯教授开始为同学们讲解原子的电子结构并带领同学们推导了轨道距离公式。

（侯利军教授为同学们讲解原子的电子结构）

（文：高二（1）班房新宇/图：朱旭倩/编辑：胡晨）

“上中-复旦导师制计划”生物微课程——亲水性/疏水性与生物膜的产生和意义

2023年2月26日晚18：00，复旦大学朱炎教授为同学们讲授了第一节复旦导师计划生物微课。朱教授以等级考为着眼点，围绕生物化学展开授课。今天的主题是亲水性/疏水性与生物膜的产生和意义。

水分子与生物大分子间会形成氢键以维护生物大分子稳定性。氢键的键能很弱，但数量庞大，故能有效降低自由能。水分子间最易产生氢键，它赋予了水表面张力。因为非极性键的空气与极性键的水之间无作用力，所以空气分子间和水分子间自我聚集，形成球形，有在重力作用下形成液滴。表面张力维持水流连续性，保证了植物的蒸腾作用。

氢键有多种类型，它未必含有水，其强弱与方向密切相关，即数学上说的矢量效应。氢键配对使DNA双螺旋结构稳定而灵活。

极性导致两性物质分布有序化。有了水和脂质就有了细胞，细胞有大量膜结构，均由磷脂双分子层组成。生物膜由脂质、蛋白质、糖类组成。它具有弹性、自我封闭性和选择透过性。它对带电分子不通透而对非极性分子通透。磷脂和膜蛋白的分布不对称且有运动性，细胞质膜遵循流动镶嵌模型。

之后教授给同学们科普了一些额外的概念。首先是pH，pH对生化反应影响极大。之后再向同学们介绍了Henderson-Hasselbalch equation以及缓冲液的概念。缓冲液通常由弱酸和其共轭碱组成，可用于抵御外界pH变化，维护人的生命活动。根据这一理论，教授批驳了一些伪科学的说法，比如人要多吃碱性食物以保证血流的酸碱性。教授还向同学们介绍了冰冻蚀刻技术。

总之这节生物微课不仅培养了同学们对细胞生物学的兴趣，也将同学们的课内学习拔高了一个层次，更让同学们对生物化学等基础学科领域有了深入的了解。

（朱炎教授向同学们介绍氢键）

（文：高二（10）班朱逸琪/图：朱旭倩/编辑：胡晨）

“上中-复旦导师制计划”数学微课程——商业数据科学

数学如何应用于生活？为什么要学习数学？张诚教授便为同学们介绍了数据科学在商业中的应用。

首先，老师从Π引出，它有一个十分独特的性质在于无限不循环，而同学们平时看到的数字，就比如20230226就在Π中可以找到，假设同学们给所有的汉字用数字表示，那么每5位便可以表示一个汉字，同学说的每一句话对应出的数字也可在Π中找到，只是同学们不知道具体在哪儿。由此，教授引发了两个数学存在的问题——数字太多了以至于数据变得格外重要；数字本身的膨胀性质也导致数据成本越来越高。

教授提出一个问题：企业如何聘请有影响力的网红，如果有10万资金，那么每人需80万。那么这十三个网红该如何选择。网红粉丝、聘请报价该如何比较？如何量化？数据是如何帮助阿里巴巴、淘宝等平台探究顾客喜好轨迹？

教授向同学们介绍了"Method for node ranking in a linked database"这一申请的专利。这一专利让Google于2023年依旧是商业帝国，即搜索引擎，让同学们可得以输入关键词得到与这个词有关的网页，教授统计下来发现学生大多习惯于在搜索了三页以后放弃修改关键词，为什么同学们在头几页便能找到自己想要的？Google怎么做到？首先是网页获得(Crawling)，即搜取信息，同学们在任意网页右键，便可以得到网页源代码。第二点是网页索引；第三则是网页排序，即根据用户点击数量优化排序。这是很初始的一个想法。但这便遇到几了问题——关键词堆砌和隐蔽技术。

由此同学们得出页面并非生而平等；链接是一种信任背书，是一种投票。受到页面价值影响，每个链接也不平等。同学们可以利用网页链接对网页重要性进行排序。网页A对网页B的链接被看作是 A对B的支持投票。重要性高的页面所投的票评价会更高。总结来说，网络之间关系的实质便是一组线性方程。

（张诚教授介绍搜索引擎背后的原理）

（文：高二（2）班冯运佳/图：朱旭倩/编辑：胡晨）

“上中-复旦导师制计划”物理微课程——自然科学起源的探讨

  2023年2日26日,盛卫东教授为同学们带来了物理方向的第一次课。

盛教授先介绍了李约瑟的《中国科学技术史》，并提到了李约瑟难题：尽管中国古代对人类技术发展作出许多贡献，为什么中国没有诞生自然科学与技术革命？李约瑟自己从中国的自然观，实用的生活观念与制度方面给出了回答。接着盛教授讲解了技术与科学不同的演化路径，古代技术的发展不一定要依赖于科学。盛教授探讨了自然科学诞生之前人类认知自然的原始方式，从无知到宗教的产生。盛教授介绍了最早的人类文明——拥有楔形文字的苏美尔文明，以及中国古代的儒释道的宗教，和古希腊神话。而犹太教是单一神教的鼻祖，此后又产生了天主教、伊斯兰教、基督教。

本次课盛教授由自然科学的起源出发，探究了自然科学之前的宗教认识。

（盛卫东教授与同学们探讨李约瑟难题）

（文：高二（9）班袁昌昊/图：杨嘉伟/编辑：胡晨）