science創(chuàng)刊125周年提出了的125個重要科學問題，其中之一就是“為什么生命需要手性？” 近日，復旦大學徐凡團隊聚焦旱地植物螺旋金釵木，構建出了具有環(huán)境智適應特性的仿生具身智能植株。
點云目標識別是實現(xiàn)三維環(huán)境智能感知與理解的重要技術之一，在自動駕駛、無人系統(tǒng)、空間探測等領域具有廣泛的應用前景。北京理工大學許廷發(fā)、李佳男團隊針對真實復雜環(huán)境下點云目標智能識別中的關鍵科學問題和難題，開展了原創(chuàng)方法和關鍵技術攻關，取得豐碩成果。
基于國際科技創(chuàng)新中心網(wǎng)絡服務平臺科創(chuàng)熱榜每日榜單形成的一周科技記憶，我們推出《一周前沿科技盤點》專欄。今天，為大家?guī)淼?40期。
1.《nature computational science》丨跟著植物學“太極推手”，仿生具身智能植株應運而生
science創(chuàng)刊125周年提出了的125個重要科學問題，其中之一就是“為什么生命需要手性？”從失水萎縮后表面形成手性螺旋形貌的百香果，到受水面浮力影響而生長形貌各異的荷葉，近年來，復旦大學徐凡團隊聚焦軟物質形貌力學研究，旨在揭示自然界中各種生長、萎縮、手性、曲率與褶皺等形貌力學的基本科學問題。近日，研究團隊將目光投向了一種呈現(xiàn)手性螺旋扭轉形貌的旱地植物——螺旋金釵木。
他們首次揭示了手性螺旋扭轉結構在水分收集與抗風性能中的雙效機制，構建力學理論模型預測并指導3d打印活性液晶彈性體基元，構建出了具有環(huán)境智適應特性的仿生具身智能植株。這一智能植株無需外部能源或芯片控制，可像生命體般智能感知環(huán)境變化，自發(fā)調整形貌以優(yōu)化功能，在自適應液滴收集和定向輸運方面具有應用潛力，有望為干旱地區(qū)的土壤改善和智能農業(yè)提供新的思路和解決方案。
2.《ieee tpami》丨點“云”撥霧見真章，動“捕”時維破迷障
點云目標識別是實現(xiàn)三維環(huán)境智能感知與理解的重要技術之一，在自動駕駛、無人系統(tǒng)、空間探測等領域具有廣泛的應用前景。然而，在實際場景下，受傳感器噪聲、環(huán)境干擾等因素影響，點云數(shù)據(jù)常存在擾動、缺失與形變等退化現(xiàn)象，顯著降低了傳統(tǒng)識別方法的準確性與泛化能力。
北京理工大學許廷發(fā)、李佳男團隊針對真實復雜環(huán)境下點云目標智能識別中的關鍵科學問題和難題，開展了原創(chuàng)方法和關鍵技術攻關，取得豐碩成果。他們從點云數(shù)據(jù)增強、特征學習與時序建模三個層面開展系統(tǒng)性研究，提出了樣本自適應在線數(shù)據(jù)擴增方法、感知對抗模式捕獲策略，以及時序關聯(lián)高效建?？蚣埽瑯嫿嗣嫦驈碗s環(huán)境的點云目標魯棒識別一體化技術架構，成功突破了點云數(shù)據(jù)高效擴增、精細化特征表達以及運動特征高效挖掘等關鍵技術瓶頸。提出的系列方法顯著提升了點云識別模型在失真條件下的魯棒性與泛化性能，并大幅提高了識別效率。
該系列研究成果提升了復雜環(huán)境下點云感知技術的可靠性與實用性，為無人系統(tǒng)自主導航、空間目標感知等領域的實際應用奠定了重要的理論支撐與技術保障。
3.《nature communications》丨借助3d仿生腦芯片，撬動腦炎發(fā)病機制“黑箱”
皰疹性腦炎（hse）是常見的散發(fā)病毒性腦炎，病情嚴重且預后較差。盡管抗病毒藥物（如阿昔洛韋）可以顯著降低hse的死亡率，但仍有相當多病人出現(xiàn)永久性神經(jīng)功能損傷，其發(fā)病機制尚未闡明，也缺少特效治療藥物。
中國科學院大連化學物理研究所生物技術研究部器官芯片與生物醫(yī)學研究組秦建華研究員團隊利用器官芯片技術和多種人源細胞，建立了一種3d神經(jīng)血管單元仿生芯片模擬腦內微環(huán)境，研究探索了單純皰疹病毒腦炎的發(fā)病機制及潛在治療靶點。
科研人員利用器官芯片技術構建了包含血腦屏障的神經(jīng)血管單元仿生腦芯片。利用該芯片模型，他們評價了4種與自噬通路調控相關的藥物和天然化合物，其中，自噬激活劑（雷帕霉素、euphpepluone k、munronin v）均可有效抑制病毒復制，減輕血腦屏障損傷，并提高細胞存活率。該研究不僅深化了對皰疹性腦炎發(fā)病機制的理解，也為尋求hse有效干預措施提供了新的研究模型、工具和平臺。
4.《advanced functional materials》丨一套“組合拳”突破微孔材料制備“收縮”桎梏
當前極端寒冷天氣頻發(fā)與可持續(xù)發(fā)展要求，亟需兼具輕質、隔熱、可降解的多功能材料。山東大學材料科學與工程學院王桂龍教授團隊針對熱塑性彈性體微孔材料“收縮嚴重”的制備難題，提出了梯度泡孔優(yōu)化、硬段結構設計、分子交聯(lián)以及超臨界流體協(xié)同處理等一系列加工方法，開發(fā)了能夠實現(xiàn)多功能普適化熱塑性彈性體微孔材料制備工藝，解決了長期困擾行業(yè)的關鍵技術瓶頸。
團隊揭示了熱塑性聚酯彈性體凝聚態(tài)結構在超臨界二氧化碳作用下的演變規(guī)律及其對發(fā)泡行為的影響，探究了材料本征微相分離結構對泡沫收縮行為的調控機制，實現(xiàn)了不同硬段含量熱塑性聚酯彈性體泡沫的可控制備。
針對彈性體微孔材料泡孔結構易收縮而難以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的問題，他們提出一種分子交聯(lián)與物理發(fā)泡工藝相結合的開創(chuàng)性策略，開發(fā)出具備泡孔抗收縮、高韌性回彈和柔性隔熱的多功能綠色微孔材料，廣泛適用于建筑隔離及綠色包裝材料等多場景應用；為了克服傳統(tǒng)熱塑性微孔材料可發(fā)性差以及熱絕緣性受限的關鍵難題，團隊提出采用結晶誘導形核與開孔結構協(xié)同增強泡沫材料，制備了同時具備超低密度、高尺寸穩(wěn)定性和高熱絕緣性能的全降解微孔材料。
5.《nature communications》丨構建異質結，石墨烯磁阻低溫難題迎刃而解
磁阻（mr）效應指材料電阻隨磁場變化的現(xiàn)象，因在科學研究和實際應用中價值重大而備受關注。為打造高性能磁阻傳感器，多種新型材料磁阻特性被深入研究，石墨烯因優(yōu)異電學性能受矚目，其二維結構致空間電荷分布不均，呈現(xiàn)獨特線性不飽和磁阻。但純石墨烯磁阻?。?300%），雖通過納米粒子修飾、褶皺襯底等策略增強，效果仍有限。關鍵難題在于，低溫下量子效應干擾其磁場響應，致磁阻驟降、現(xiàn)負磁阻，低溫工作穩(wěn)定性差。
廈門大學傅德頤副教授課題組創(chuàng)新性地引入二維范德華鐵磁體fe3gete2，與石墨烯形成異質結，利用其特殊的磁鄰近效應，在室溫下測量獲得9t磁場下高達9400%的巨磁阻，與純石墨烯磁阻相比，增強了大約30倍，這也是目前石墨烯及其異質結或改性體系中已報道磁阻的最高值。其研究發(fā)現(xiàn)該巨磁阻隨溫度變化表現(xiàn)出顯著的弱依賴性，即在室溫到4k的寬溫度范圍內，磁阻的變化很小。
研究團隊表示，該研究不僅得到了創(chuàng)紀錄的磁阻，而且解決了傳統(tǒng)石墨烯體系中磁阻隨溫度降低而急劇減小的不足，使其在高精度和寬溫域磁存儲、磁場傳感和生物醫(yī)學傳感等領域具有廣闊的應用前景。
6.《nature communications》丨北大團隊用柔性碳基cmos運算放大器實現(xiàn)超高增益
超飽和的碳基cmos晶體管。a，柔性碳基cmos晶體管結構示意圖；b，碳基cmos晶體管的輸出曲線示意圖，包含亞閾值區(qū)的本征負微分電阻效應和電流超飽和現(xiàn)象
隨著集成電路技術的快速發(fā)展，硅基互補極性金屬-氧化物-半導體（cmos）晶體管尺寸的持續(xù)微縮為數(shù)字電路帶來了速度提升、功耗降低和集成度提高等顯著收益，但尺寸縮減同時也對先進工藝節(jié)點下模擬電路的設計帶來挑戰(zhàn)。
針對這一問題，北京大學電子學院胡又凡-彭練矛團隊基于碳納米管材料和碳納米管晶體管的特性進行研究，于近期首次報道了碳納米管cmos晶體管中亞閾值區(qū)的本征負微分電阻效應和電流超飽和現(xiàn)象。
團隊構建柔性碳基cmos運算放大器，在單級結構中實現(xiàn)了35至60分貝的可調增益范圍，單級增益遠超此前同類工作，且無需復雜外圍電路即可實現(xiàn)指數(shù)可調增益，展示出碳基cmos技術基于自身器件特點進行電路拓撲創(chuàng)新的可能性。同時，基于ndr機制的普適性，研究的相關工作也有望延伸至其他窄帶隙半導體、新興低維材料體系中。
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