小关对话｜中国科学院院士段慧玲：物理智能赋能新质生产力

以词频为标尺，解码科技创新风向标。中关村论坛携手央视网，对2025中关村论坛年会期间近百场嘉宾演讲内容进行深度解析，通过大数据词频分析精准捕捉2025中关村论坛年会高频热词，并据此呈现「小关对话」系列内容，包括诺贝尔奖、菲尔兹奖、图灵奖等国际奖项得主在科学研究、技术孵化、产品研发、产业洞察方面的深刻见解，为中国新质生产力的培育，为面向全球的科技创新与交流指引方向。

智能制造的未来，在于让机器不仅会“思考”，更能像人一样“动手”和“感知”物理世界。本期对话中国科学院院士、北京大学侨联主席、北京大学工学部主任兼工学院院长段慧玲，她在2025中关村论坛年会平行论坛——侨海创新发展论坛中分享了以下主题演讲《物理智能赋能新质生产力》。

演讲实录

段慧玲

尊敬的各位领导、海内外同仁：

上午好！非常荣幸今日能与各位共同探讨人工智能时代下工程科学的发展思考。

回望历史，中国科技曾长期引领世界，后因多种原因与全球科技浪潮渐行渐远，错失了前两次工业革命的重大机遇。历经第三次工业革命时期的奋起直追，我国在数十年间完成了发达国家数百年的工业化进程，构建了全球最完整、规模最大的研发与工业体系。当前，面对第四次工业革命浪潮，中国正迎来以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的关键历史机遇。

我于2007年回国工作。在过去的18年中，我深切感受到这是一个“天时、地利、人和”兼备的创新时代。天时——第四次工业革命方兴未艾，民族复兴伟业进入冲刺阶段。未来十年将是战略机遇叠加的创业黄金期。地利——以北京为例，作为首都，正加速建设具有全球影响力的科技创新中心、世界主要科学中心及创新人才高地，汇聚了全国顶尖的创新资源、平台与政策支持。人和——党和国家高度重视新质生产力发展。党的二十届三中全会明确指出，教育、科技、人才是中国式现代化的基础性、战略性支撑。科技人员的个人成长从未像今天这样与国家发展、民族复兴紧密相连。习近平总书记强调，需加快发展新质生产力，扎实推进高质量发展，而智能化是牵引新质生产力的重要引擎。接下来，我将结合自身工程科学背景与人工智能领域研究，分享几点见解。

力学是工程科学的核心支柱。参考象限图模型（纵轴为求知驱动研究，横轴为应用驱动研究），力学位于巴斯德象限——聚焦应用基础研究，旨在建立有科学依据的工程理论，服务工程技术。其价值在于超越经验依赖，实现对新技术的前瞻性科学预见，引领工程发展。人工智能的出现，正为工程科学提供了强大且不依赖经验的科学预测工具，二者结合潜力巨大。

力学探索世界本质规律，智能涌现的内驱力亦根植于力学。生物涌现（人工智能的重要组成部分）依赖电磁力作为物理基础。力作为物理世界的基石，其广义形式是智能涌现的核心驱动力。

人工智能已进入以大模型为标志的第四次发展浪潮。关于其下一个突破口，我们认为将是物理智能。物理智能强调智能体需在真实物理环境中实践以达成目标。具身智能包含两部分：“具身”（物理载体）与“智能”（认知、理解并主动影响世界的能力）。具身智能是计算智能（如大模型）与物理智能（脑机接口、传感器、生物制造等）的融合。人工智能真正发挥作用，必然要求物理智能与计算智能高度协同。以机器人为例，“大模型+机器人”是实现人工智能知行合一的必经之路。自然界的智能进化同样遵循此道：物理智能与计算智能协同进化，并在不同时空尺度深度融合。

道法自然，早期单细胞生物虽无复杂智能，却依靠物理躯体展现基础适应性。水母等拥有简单神经系统的生物，通过神经与躯体的融合协调基本运动。至于青蛙、老鼠等陆生动物，其进化出的行走与抓握肢体，必然受高阶神经系统控制，实现肢体与大脑的协同进化。灵巧手作为灵长类动物抓握进化的产物，是跨尺度协同的典范——打造机器人灵巧手不仅需精密的物理结构，更需实现其与大脑（计算智能）、小脑（协调控制）的协同。“换脑”不可行，物理智能与计算智能密不可分；脱离特定物理载体，智能大脑无法有效运作。

机器人已发展至多尺度形态（宏观至微纳米级），其跨尺度进化依赖于物理智能蕴含的力学作用。四种基本力在不同尺度主导：微观尺度依赖强、弱力；生物进化尺度以电磁力为主；宏观尺度则受引力支配。这体现了物理智能随尺度演变的基本作用力基础。

尺度效应在微观智能中尤为显著。关键参数（表面积/体积比）显示，尺度越小的生物，能量代谢速率越快，物理智能的尺度效应凸显。微观机器人（如仿生细菌）的设计原则迥异于宏观机器人，需依赖边界非对称设计实现流体环境中的运动。

微纳米机器人历经十余年发展（从刚性、柔性到智能、智慧），已逐步走向应用。我们课题组的研究涵盖：用于药物递送的微纳机器人、基于磁性纳米粒子编辑技术的仿生千足虫及其控制、结合深腔技术的智能化导管导丝（实现医用场景小型化工程应用），团队也在积极开展科普推广。此外，工学院开发的可穿戴纺织体传感器，能与衣物融合，服务于医学诊疗、康复、大运动建模及元宇宙孪生。团队青年学者将计算智能与物理智能融合，显著提升了家庭服务机器人（物品搜寻、机械臂操作）的交互能力与定位精度，运行效果良好。

物理智能跨尺度进化的核心指标是能量效率与结构复杂度。自然界中物理智能先于计算智能出现。然而，当前人工智能领域，计算智能（如大模型）的发展远快于物理智能。多数讨论仍集中于计算智能层面，唯有二者紧密结合，人工智能方能发挥真正效能。

聚焦当前热点的人形机器人：其在功能完备性、环境复杂适应性与智能水平方面，距人类能力仍有显著差距。具体挑战体现在——

“大脑”（计算平台）：现有GPU/CPU仅具初级交互协作能力，远逊于人脑的高度协同。

“小脑”（感知与协调）：依赖外部传感器仅能实现基础环境感知，缺乏生物体的强大本体感知与灵巧性。

“肢体”（运动执行）：人体运动链拥有超过600个自由度（从机械力学角度），现有机器人普遍不足100个，且结构笨重、协调性差，远未实现结构功能一体化及自我修复能力。

最后，物理智能是探索宏观宇宙与微观世界的关键桥梁。工程科学与人工智能的结合（AI for Engineering）是极具前景的方向。无论是深空探测，还是生物微环境研究，人工智能都至关重要。值此论坛之际，我呼吁建立更开放的协作机制、更高效的资源共享与更深度的全球智慧融合，共同推动人工智能、物理智能与计算智能的高度统一。

谢谢大家！

注：本文来源于2025中关村论坛年会嘉宾现场演讲速记，文中内容仅代表专家个人观点