3 人机智能根基的物理同源性

3.1 物质性：载体差异未必是智能差异

    人体不仅是血肉之躯，更是由90多种天然化学元素有序组合成的不同的物质。目前在人体内检测出的元素共计60余种。氧、碳、氢、氮四大 核心元素占体重96%，依质量排序，前11种宏量元素氧、碳、氢、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁，占99.3%。统称碳基物质和物体。细胞是构成人体的最基本单位，形态相似和功能相关的细胞，借助细胞间质结合起来形成结构，成为组织；几种组织结合起来，共同执行某一种特定功能，并具有一定形态特点，就构成了器官; 若干个功能相关的器官联合起来，共同完成某一特定的连续性生理功能，即形成系统[1]。人体由多个系统组成以维持生命，例如运动系统、消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统、生殖系统、内分泌系统、免疫系统。人体被划分成不同系统，只是人类认知自身的一种方法，可称为视图。实际上这只是人们用不同视角更深刻地去认知自己而已。很难区分这些系统哪个更重要。从生命的角度 看，它们应该具有相同的复杂性，不存在脑器官最复杂之说，这或许只是人类对自身理解的一个“偏见”。还有一些其他的划分方法，例如，结构生物学把生命科学分为基因生物学、原子生物学、分子生物学、大分子生物学、蛋白质生物学、细胞生物学、神经生物学等，也未尝不可。人们已经形成一个共识: 层次结构在生物物理学中举足轻重[6]。

    认知机器，泛指具备感知、运算、决策、具身交互能力的智能设备，包括半导体与芯片、传感器、互联网、云计算服务器、终端设备、机器人等，其制造所用材料可分为半导体材料、金属结构材 料、绝缘/封装材料、能源与辅助材料四大类，用到的元素以金属、非金属、稀有元素为主，和人体生命元素体系差异极大[21]。例如，认知机器的 “脑”，以硅基材料为基础，最核心元素是晶圆，它是芯片基底的主体，几乎所有集成电路、CPU、DPU、GPU、TPU、FPGA、SSD、存储器都以单晶硅为载体。硅表面氧化形成二氧化硅，用作绝缘层、栅介质，是芯片制程的基础材料。碳元素也被用于碳化硅、石墨烯等新一代半导体，提升芯片耐高温和高频运算能力；也用作光刻胶、导电碳膜。掺杂元素用来改变导电性能，硼、磷、砷都是经典掺杂剂，制造N型、P型半导体，形成电路 PN 结；镓、铟、氮用于氮化镓、砷化镓等化合物半导体，广泛应用在传感器、射频芯片、视觉感知模块。采用金属布线/电极：铜是芯片内部互联导线主流材料，铝是传统芯片布线、电极材料；金、银、钯、铂等贵金属，用于芯片引脚、键合线、精密电极，抗氧化、导电稳定。又例如，认知机器的 传感器与感知模块，包括视觉、声学、压力、温 度、触觉传感器，它们是机器感知外部世界、形成输入的部件，用到大量特种元素。锗是红外传感 器、光电探测器核心，锂、钛、锆是压电材料，用于压力/震动传感器，实现触觉、声波感知；镉、硒用于光电传感元件；稀土元素镧、铈、钕、铽等是图像传感器、光学镜头、磁传感器必备材料，可提升感光、成像、磁场检测能力。而认知机器的 结构与传动部件形成机器人躯体、外壳和运动机构，对应人体具身的骨骼和肌肉，支撑形体完成动作，以常规金属、合金为主。机器人的机架、底 座、重型传动结构，钢铁主体用量最大，搭配碳形成碳钢、合金钢，提升强度。铝合金用于轻量化外壳、机械臂兼顾轻便与硬度。镁合金多用于轻型智能设备、便携机器人，减重减震。钛合金用于高端仿生机器人、精密运动关节，强度高、耐腐蚀。还有铬、镍、锰等合金添加剂，强化金属硬度、防锈能力，用于齿轮、轴承、传动零件。认知机器中还需要绝缘、封装、高分子材料，用于防护、隔离和作为线路载体，相当于机器的软组织和保护层；隔离电路、固定元件需要氢、碳、氧构 成塑料、树脂、橡胶、线缆外皮等有机高分子材料是外壳、线材、密封件的主要成分。机器中的能源与供电系统为整机运转、认知运行提供能量， 是机器持续工作的基础。锂电池是智能终端、移动机器人主流储能材料；搭配钴、镍、锰、磷组成 锂电正负极材料。传统铅酸电池多用于大型工业 机器人和后备电源。氢燃料电池可用于新型清洁能源，是认知设备的动力源。此外，磁元件与辅助电子配件用于电机、电磁铁、存储器磁介质，支撑运动与数据存储，铁、钴、镍是铁磁三元素，用来制作电机铁芯、磁铁、磁存储介质；钕铁硼强磁体用于机器人电机、伺服机构核心材料[16]。 

    当前，认知机器里也越来越多地使用人工合成有机材料，如有机半导体、有机电化学晶体管、 有机突触、人工神经元[20]。共轭聚合物用于柔性神经形态芯片，可模拟突触可塑性。有机玻璃用作柔性基底、封装层、绝缘层，在柔性认知机器人中广泛应用。人工合成 DNA 链构建分子神经网络，试管内可实现简单认知计算。人工肌肉如硅胶做基底和导电纤维，实现发力和感知，用于人形机器人。电子皮肤用柔性有机聚合物，集成压力或温度传感器，模拟触觉。对比硅基，有机材料柔性可弯曲，适合穿戴、仿生肢体、人体接口；低功耗，以离子传导为主，能耗远低于硅基；生物兼容，可直接与神经组织对接，用于脑机接口、神 经修复；低成本，溶液可加工，可像印油墨一样做芯片。当前核心计算是硅基无机，外围柔性/传感配合有人工合成有机。未来可能是全都是有机 的认知机器，也都是耗散结构。如此详细地对比说明，计算机、认知机器和人体在使用元素、物质、材料、物体上存在着很大的差异。但是，载体差异未必是智能差异[23]。人体以碳基细胞为基本单元，形成组织、器官、系 统、机体，服务于代谢、生长、神经传导、生命活动。认知机器属于硅基设备。机器元素、物质、物体、材料、器件、设备围绕导电、绝缘、力学结构、信号运算、能量转换展开，无生命代谢功能。人体必需的微量元素在机器中仅作为普通工业材 料；机器中大量使用稀土、锗、镓、钯、铂等稀有 色金属，人体几乎不含这类元素。大量含有氧、碳、氢、铁、铝、铜等常见元素都来源于自然界的化学元素。从元素到原子，从原子到分子，从物质到物体，从材料到器件，从器件到设备，一直到系统和网络，乃至复杂系统和复杂网络，人们同样形成一个共识: 层次结构在认知物理学中举足轻重[11]。

    认知机器中的物质和能量是截然分开的。机器中没有类似生物神经元组织的细胞，没有分子马达和离子泵，不构成人工生命。机器具身中的物质硬构体，无论其结构和组成多么复杂，都是他组织，是一次次地被人工批量生产出来的，靠外部能量供给就能运转。物质硬构体没有自我复制能力，不需要自成长，无需睡眠，可以靠“他组织”阶跃式地更新换代，完全免除了生物学的自身新陈代谢过程。载体差异未必是智能差异，人工智能已经破解了计算和语言[2]。人们从来没有怀疑，人和机器计算出来的结果有什么不同，但机器给出的精度（如π）却高出了太多太多；机器“说”人话，服务社会需求，现在天天发生。目前机器每天说的“人话”总量已经大于全球所有人一天口头说话量的总和，人们也习以为常。

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