CGI科技周报（2024第49周）| 飞行器的快速地空转换、iFL3DP延长机器人寿命、谱扩展树搜索

本周内容

-人工智能

-现代能源

-材料科技

-生物医药

-航空航天

-量子信息

-中国

-欧洲

-美国

-澳大利亚

科技 动态

人工智能

RAVEN飞行器实现基于多功能鸟腿的快速地空转换 ^[1]

瑞士洛桑联邦理工学院的研究团队开发了适用于多种环境的飞行机器人RAVEN，可以快速跳跃飞行、在地面上行走、跳过障碍物和缝隙。研究表明，跳跃起飞对初始起飞速度有相当大的贡献，且比不跳跃起飞更节能；为了适应不同运动策略，鸟类需要在腿部和身体的质量分布上进行重要权衡，具有多模态步态需求的陆生鸟类对腿部质量的投入更大。RAVEN通过自主起飞和多模态步态扩大了在复杂地形中部署传统固定翼飞机的机会。（Nature，12.4）

iFL3DP延长软机器人使用寿命 ^[2]

新加坡科技设计大学的研究团队开发了一种原位自由形态液体三维打印（iFL3DP）工艺，以促进软机器人的功能升级和维修。他们利用该工艺制造先进组件并无缝集成到软机器人上，这些组件可以结合多种具有复杂几何形状的材料，包括悬垂和高纵横比形状。iFL3DP赋予了鳐鱼机器人三个高级功能：用于触觉反馈的长触须传感器、抓取机制和多功能被动短触须阵列。研究还展示了新旧功能的易修复性，大大延长了机器人的使用寿命。（Science Robotics，12.4）

具有谱扩展的蒙特卡洛树搜索，用于动态系统规划 ^[3]

美国加州理工学院的研究团队提出了谱扩展树搜索（SETS），其通过计算物理世界的有效离散表示来实现基于蒙特卡洛树搜索（MCTS）的实时规划。SETS收敛到连续、确定性和可微分马尔可夫决策过程的全局最优解的界限，适用于欠驱动非线性动力学、非凸奖励函数和非结构化环境等广泛问题，在无人机、航天器和地面车辆等机器人上成功验证了自动实时发现多种最佳行为和运动轨迹的能力。（Science Robotics，12.4）

基于生成式ML的概率天气预报 ^[4]

谷歌DeepMind开发了一种基于生成式机器学习（ML）的概率天气模型GenCast，其性能和速度比此前顶尖的中期天气预报ENS更高。GenCast可在8分钟内生成15天全球预报，预测间隔为12小时，经纬度分辨率为0.25°，涵盖80多个地表和大气变量。经过1,320个目标的测试，GenCast在97.2%的目标中打败ENS，且能更好地预测极端天气、热带气旋轨迹和风电功率。（Nature，12.4）

生物医药

巨噬细胞利用谷氨酸刺激肌梭以增强运动能力 ^[5]

英国帝国理工学院的研究团队在肌梭（MS）中发现了一种新的巨噬细胞群（MSMP），其表达了合成和释放谷氨酸的机制。MSMP激活以毫秒为单位驱动本体感觉神经元的放电，并通过增加谷氨酰胺酶的表达来响应神经和肌肉激活，使它们将肌肉收缩过程中释放的谷氨酰胺转化为谷氨酸。选择性沉默或消耗后肢肌肉中的MSMP会破坏拉伸反射对力量产生和感觉反馈校正的调节，从而损害运动策略。这可能为影响本体感觉、肌肉张力和收缩的疾病提供创新疗法。（Nature，12.4）

膳食果糖通过器官间脂质转移间接促进肿瘤生长 ^[6]

美国华盛顿大学的研究团队表明补充果糖可增强黑色素瘤、乳腺癌和宫颈癌动物模型中的肿瘤生长。癌细胞本身无法轻易利用果糖作为营养物质，但原代肝细胞表达的酮己糖激酶-C（KHK-C）会导致果糖分解和溶血磷脂酰胆碱（LPC）等多种脂质排泄。摄入高果糖玉米糖浆可使体内血清中的几种LPC增加7倍以上，进而促进肿瘤生长。酮己糖激酶的药理抑制可降低LPC水平并抑制果糖介导的肿瘤生长。（Nature，12.4）

现代能源

形态控制技术使OSC在不同溶剂下保持高效 ^[7]

瑞典林雪平大学的研究团队开发了对一系列加工溶剂具有很强耐受性的有机太阳能电池（OSC），所有器件的功率转换效率都高达19%左右。他们通过实验和计算研究溶液状态、成膜动力学和加工膜的特性，确定了控制形态的关键因素，即受体材料侧链与溶剂之间、以及供体和受体材料之间的相互作用。此工作为长期存在的形态控制问题提供了新见解，为环保溶剂加工制成高性能OSC铺平了道路。（Nature Energy，12.4）

从低浓度混合物中分离氢气 ^[8]

美国洛斯阿拉莫斯国家实验室证明，配备磷酸盐配位季铵离子对聚合物膜的电化学氢泵可以提高从低浓度氢气混合物中分离氢气的产量。串联离子对电化学氢泵系统可从10%的氢气-甲烷混合物中获得高纯度氢气（>99.999%），法拉第效率和氢气回收率接近100%。与传统的变压吸附和机械压缩技术相比，电化学氢泵可以通过使用现有的天然气管道将氢气输送成本降低高达95%，能耗降低高达65%。（Nature Energy，12.3）

航空航天

Kepler-51系统中的第四颗新行星 ^[9]

美国宾夕法尼亚州立大学的研究团队利用韦伯太空望远镜观察Kepler-51系统中的第三颗行星Kepler-51d时，发现其凌日时间比模型估计早了2个小时。他们表明，三行星偏离模型的偏离可以通过在模型中加入第四颗外行星Kepler-51e来解释，新行星可能存在很宽的质量范围和轨道周期，它的引力会影响系统中其他行星的轨道。目前，研究人员还需更多观察和数据来确认Kepler-51e对系统内部其他三颗行星的影响。（The Astrophysical Journal Letters，12.3）

受大气化学影响的干燥金星内部 ^[10]

英国剑桥大学的研究团队通过推断金星内部的水含量来探索金星的气候历史。通过计算目前大气中H ₂ O、CO ₂ 和OCS的破坏率，他们发现金星内部是干燥的。金星火山气体的水摩尔分数最多为6%，这比在类似条件下脱气的陆地岩浆要干燥得多。干燥的内部与金星结束其岩浆海洋时代后拥有长期干燥的表面相一致，火山对金星大气层的影响表明该行星从未适合液态水存在。（Nature Astronomy，12.2）

材料科技

具有动态键重构的颗粒超材料 ^[11]

新加坡南洋理工大学的研究团队开发了由离散双材料结构粒子组成的颗粒超材料。这些粒子通过机械压缩和热刺激在组装和未组装状态之间转换，使材料实现可逆的键断裂和形成，从而自适应地重新配置其形状并对不同条件做出动态响应。新材料可以提供可调的机械特性（如压缩、剪切和弯曲），并表现出集体功能（如定向移动、物体捕获、运输和间隙跨越），在响应式架构和自主机器人方面具有潜力。（Science Advances，12.4）

由高灵敏度恒温金属条制成的温度响应超材料 ^[12]

中国南京工业大学的研究团队使用恒温金属条组装出具有理想温度响应特性的超材料，仅需加热5秒即可达到总应变的70~80%。组装后的超材料可实现约30%的热应变，比其他双金属超材料高出100~200个数量级；恒温金属条的驱动能力超过其重量的26倍；利用高度可编程的热变形，可调带隙范围为3,847~40,000赫兹。该研究为智能软机器人、高超音速飞行器的隔振降噪、精密仪器的热变形等指明方向。（Science Advances，12.4）

量子信息

科学家绘制出质子中的量子纠缠 ^[13]

美国布鲁克海文国家实验室利用高能粒子碰撞数据来窥视质子内部，绘制电子-质子碰撞产生的粒子轨迹如何受到质子内部量子纠缠的影响。结果表明，构成质子结构的基本构件夸克和胶子受到量子纠缠的影响，即使相隔很远，粒子也能知道彼此的状态（例如自旋方向）。在这种情况下，纠缠发生在极短的距离内（单个质子内部距离不到千万亿分之一米），信息共享扩展到该质子中整个夸克和胶子群。（Reports on Progress in Physics，12.2）

使用噪声感知RL代理发现量子纠错码和编码器 ^[14]

德国马克斯普朗克光科学研究所扩展了强化学习（RL）方法在量子纠错（QEC）代码发现方面的功能，实验训练了一个RL代理，其可以自动发现给定门集、量子比特连接和错误模型的QEC代码及其编码电路。此方法在多达25个物理量子比特和距离5代码下表现出有效性，未来有望扩展到100个量子比特和距离10代码。实验还引入了噪声感知元代理的概念，以学习同时为一系列噪声模型生成编码策略。（npj Quantum Information，12.3）