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機器人也能望梅止渴？他們首次提出“機器聯覺”

望梅止渴、“夏天是定音鼓，秋天是大提琴”……生活中，總有一些人可以“聽”到色彩，“看”到味道，或“嗅”出形狀，這就是聯覺。近期，受人類聯覺啟發，北京大學電子學院程翔團隊首次系統化地建立并論述了通信和多模態感知智能融合的統一框架——機器聯覺（SoM）。

研究團隊首次對當下通信與多模態智能融合領域的相關研究工作進行了梳理綜述，針對三種工作模式開展的最新的研究結果及設計思路，展現了SoM在優化通信和感知性能上的巨大潛力?；赟oM—喚起模式，首次探索了復雜高速移動場景下多模態感知數據與信道全尺度衰落特性的復雜非線性聯覺機理；基于SoM—增強模式，提出以模型增強數據驅動的方式從多模態感知信息中挖掘不同隱式射頻空間特征，設計了一系列高效通信系統傳輸方案；基于SoM-合作模式，創新性地開展了基于任務語義的機器聯覺協同感知工作，進行通信傳輸與環境感知網絡聯合設計，以優化非理想通信下協同感知性能。

讓光速減慢1萬多倍，這塊芯片什么來頭？

光速是宇宙中最快的速度，也是所有物質和信息傳播的速度上限，真空中的光速約為30萬公里/秒。光速不能被超越，但能被減慢。讓光速減慢的好處顯而易見——更好地操控光子，進而提升對光信息的獲取、傳輸、處理與緩存能力以及光傳感、光通信、光路由、光調制和光存儲等相關應用和器件的性能。

近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所李光元課題組找到了在光子芯片上減慢光速的新方法。他們提出了一種基于晶格共振與晶格共振發生耦合誘導產生的新型類電磁誘導透明（EIT）現象，極大地抑制了其損耗，從而在100納米高度的硅納米柱陣列上實現了慢光效應（光速減慢了1萬多倍）。同時，團隊在實驗上測得高達2750的超高品質因子，數倍于現有紀錄（483）。他們還進一步發現一種具有連續域束縛態（BIC）特性的集體型類EIT現象，其品質因子和慢光指數在理論上均按照反二次函數發散到無窮大。

這項研究有望大幅提高慢光光子芯片器件的性能，并在光傳感、光通信、光計算和光緩存等領域獲得廣泛的應用，也將為慢光技術研究提供新思路。

以通用方法求解隨機反應的化學主方程？神經網絡做到了

隨機反應網絡是物理學、化學、生物學和生態學中隨機過程的標準模型。代表性的例子包括生滅過程、自發不對稱合成模型和基因調控網絡等。隨機反應網絡通常通過化學主方程進行建模，它描述了物種分子數的聯合概率分布隨時間的演化。然而，系統可能狀態數隨著物種的種類數呈指數增長，因此，獲得物種分子數隨時間演化的聯合概率分布是一個難題。

近日，中國科學院理論物理研究所彭桓武青年訪問科學家、北京師范大學復雜系統國際科學中心的湯迎副研究員和學生翁佳鈺與中國科學院理論物理研究所的張潘研究員合作，提出使用變分自回歸網絡來求解化學主方程的機器學習方法，他們使用變分自回歸神經網絡（VAN）來研究隨機反應網絡中物種分子數的聯合概率分布，刻畫聯合分布演化并求解化學主方程。

研究團隊還把該方法應用于物理學和生物學中的代表性示例，如基因切換開關、細胞內信號級聯反應、早期生命自我復制以及具有時變速率的流行病模型等，結果證明該方法是一種基于現代機器學習研究隨機反應網絡的通用方法。

十余年磨一劍，全球規模最大乙醇生產裝置試生產啟動

近日，目前全球規模最大的乙醇生產裝置——60萬噸/年乙醇生產裝置在安徽淮北啟動試生產，產出合格無水乙醇。該項目將助力保障糧食安全和能源安全。中國科學院大連化學物理研究所劉中民院士團隊聯合延長石油集團公司為該項目提供了“以合成氣為原料經二甲醚羰基化和乙酸甲酯加氫合成無水乙醇”（工藝名稱“DMTE”）關鍵核心技術支撐。截至目前，DMTE技術已簽訂13套工業裝置（其中出口2套）技術實施許可合同。

劉中民團隊在該領域持續攻克難題并進行技術迭代。他們于2010年提出DMTE這一環境友好型技術新路線后，就通過研制非貴金屬催化劑開發DMTE工藝技術，實現了煤、天然氣或鋼廠煤氣大規模制取乙醇。2017年，完成了全球首個10萬噸/甲醇經二甲醚羰基化制乙醇工業示范項目。此后，該團隊升級催化劑并優化反應工藝，進一步提高了技術指標，為大規模工業化奠定了基礎。此次項目的啟動，驗證了DMTE技術的先進性、可靠性，推動了DMTE技術大規模應用，特別是以鋼廠煤氣為原料生產乙醇，促進了鋼鐵、能源、環境等行業的低碳化融合發展。

如何測出1000億個正常原子中的一個缺陷原子

中國科學技術大學中國科學院微觀磁共振重點實驗室杜江峰、王亞等人在量子精密測量領域取得重要進展，他們提出了一種新的量子傳感范式，即利用多個量子傳感器之間的信號關聯，提升對復雜對象的解析能力和重構精度。研究團隊基于自主發展的氮—空位色心制備技術，可控制備出相距約200納米的三個氮—空位色心作為量子傳感系統，通過對隨機電場探測展示了這種新的量子傳感范式。此外，研究團隊使用類似于衛星定位的量子定位技術，成功對微米范圍內16個點缺陷進行了定位，定位精度最高達到1.7納米?；谶@種關聯分辨和精確定位的能力，研究團隊還實現了對每個點缺陷電荷動力學的原位實時探測，為研究體材料內部點缺陷的性質提供了新的方法。

這一成果展示了基于量子技術的超高靈敏度缺陷探測，可對0.01ppb級別的缺陷濃度（一千億個正常原子中出現一個缺陷）進行探測，比目前最靈敏方法的探測極限提升兩個量級以上，有望為當前十納米以下芯片中的缺陷檢測提供一種強有力的技術手段。

激光萬般絢爛，“10拍瓦上限”突破

1960年，第一臺激光器誕生，其原理是用一個高強閃光燈管激發紅寶石發出紅光。人們發現，激光光源優勢顯著，集單色性、方向性好、亮度高等于一身。所以此后的科學家始終致力于尋求更高的激光強度、更廣的應用范圍相關技術。當下，10拍瓦（1拍瓦=1千萬億瓦）級別的激光建設，更是各國前沿科技的“兵家必爭之地”。

自1996年的1拍瓦“Nova”到2017年的10拍瓦“上海超強超短激光實驗裝置（SULF）”、2019年的10拍瓦“歐盟極端光設施之核物理ELI-NP”，峰值功率的大幅提升得益于大口徑激光增益介質從“釹玻璃”向“鈦寶石”的轉變，使高能激光脈寬從約500飛秒減小至約25飛秒。然而，10拍瓦似乎成了鈦寶石超強超短激光的峰值功率上限。

近日，中國科學院上海光學精密機械研究所強場激光物理國家重點實驗室與上?？萍即髮W合作，提出并驗證了一種拼接鈦寶石啁啾脈沖放大技術（T-CPA）。該技術既能增大鈦寶石口徑，又能截斷橫向寄生振蕩，還能規避復雜時空控制。研究團隊在100太瓦級超強超短激光平臺上成功完成了高時空性能的實驗演示并獲得理想結果。該工作為突破鈦寶石超強超短激光“10拍瓦上限”和開發百拍瓦級超強超短激光提供了技術手段。

細胞“擠來擠去”自有它的道理

許多重要的生物學過程會涉及細胞群體的生長，比如腫瘤增殖，微生物群落生長，傷口組織愈合等。對于生長的細胞群體，局域的細胞生長會擠壓周圍的細胞，從而導致局域壓強的升高。另一方面，細胞間的擠壓會反過來減緩細胞的生長和細胞周期的進程，從而對細胞群體的生長產生負反饋調節。同時，細胞群體在快速生長過程中常常會出現界面失穩（Fingering?instability）現象。這一現象十分常見，在上皮組織的鋪展、生物膜的斑圖形成等過程中都能觀察到。

近日，北京大學前沿交叉學科研究院定量生物學中心/北大—清華生命科學聯合中心的林杰課題組，建立了連續場力學模型，他們借助綜合理論分析與數值模擬，從力學角度解釋了細胞群體生長過程中的界面失穩機制，還從進化角度闡釋了界面失穩現象為何普遍存在：失穩可以緩解細胞間的相互擠壓從而加速生長，選擇壓力會使得細胞改變自身的力學性質從而獲得進化優勢。

人體微生態的“百科全書”來了

人體微生物群與各器官存在廣泛且深入的交流，進而組成了人體“微生態系統”，在維持人體穩態、抗感染以及調節免疫系統功能等方面扮演關鍵角色。人體“微生態系統”失衡是導致多種疾病比如癌癥、慢性心血管疾病、免疫代謝性疾病等的關鍵因素之一。因此，針對人體“微生態系統”的干預措施有望成為新的疾病治療熱點。然而，目前對于人體微生物群在不同器官位點的空間異質性、個體異質性以及微生物群跨器官傳播等方面缺乏深入研究。

西安交通大學第一附屬醫院佘軍軍、丁小明和香港中文大學于君團隊攻關5年，全面采集人體7大器官（口腔、食管、胃、小腸、闌尾、大腸、皮膚）53個解剖位點的1608份微生物樣本，采用16S?rRNA測序及PacBio三代全長測序技術，繪制了翔實的人體表面器官（內表面—全消化道；外表面—皮膚）細菌微生物群落全景圖譜。鑒定出人體表面器官的共有核心微生物群及不同位點的特征性微生物群，揭示人體不同部位微生物群組成及分布的多樣性和特異性；發現人體內微生物群在消化道不同位點及消化道黏膜—內容物間的傳播和遷移規律，揭示一系列具有特定傳播傾向的微生物在塑造不同消化道位點特征菌群中關鍵作用；全面揭示不同位點消化道內微生物互作關系的普遍性和特異性。他們發現，即使同類微生物間，也會隨著解剖生理位置不同表現出極大的空間異質性。這項研究為人體微生態系統研究提供了“百科全書式”的基礎性參考依據，為進一步認識微生物群在人體不同器官間的功能，以及開發針對人體微生態系統的干預措施提供理論依據。