CGI科技周报（2024第29周）| 微型机器人的视觉导航、人脑3D生成模型、抑制IL-11信号以延长寿命

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

-美国

-欧洲

科技 动态

人工智能

FiBa软机器人的爬行、攀爬、栖息和飞行 ^[1]

新加坡科技设计大学的研究团队结合3D打印的气动气球和弯曲聚合物薄膜，开发了薄膜气球（FiBa）模块，大大减轻了软执行器的重量。FiBa模块可集成泵、阀门、电池和控制板等组件，创建模仿自然运动的不受束缚的软机器人，如仿海龟爬行、尺蠖攀爬、蝙蝠栖息和瓢虫飞行等。这种轻型的软仿生机器人在救援任务、太空探索、遥感行动中具有应用前景。（Science Robotics，7.17）

微型自主机器人的视觉导航 ^[2]

荷兰代尔夫特理工大学的研究团队提出了一种受昆虫启发的视觉导航方法，专门针对资源极其受限的机器人。该方法通过尽可能地将压缩图像间隔开，保证里程计的准确性，从而最大限度地减少存储的图像数量。部署在一架重量为56克的微型无人机上，能够成功跟踪长达100米的路线，每米消耗不到20byte。该方法适用于小型系统，是朝着微型机器人的自主视觉导航迈出的重要一步。（Science Robotics，7.17）

形状和刚度可变的可编程机器人结构 ^[3]

新加坡南洋理工大学的研究团队开发了一种鳞片启发的机器人分层结构（SAILS），它可以在高度集成的紧凑体内同时改变刚度和形状。SAILS本质上是柔软而灵活的，当密封在弹性外壳中并受到负围压时，它会转变为指定形状并变硬。SAILS可以在高达5Hz的频率下启动，并在软态和硬态之间实现高达53倍的表观弯曲模量变化。研究通过开发一种两栖软机器人和能够适应不同负载的无人机自适应、可调着陆系统，进一步展示了SAILS的多功能性。（Science Robotics，7.17）

人脑3D生成模型 ^[4]

英国伦敦国王学院的研究团队提出了一个人类大脑的3D生成模型，经过必要规模的训练，可以生成多样化、逼真、高分辨率的样本，并根据患者特征（例如年龄和病理）进行调节。生成的样本保留了生物和疾病表型，可以在成熟的图像分析工具中使用。模型尚有改进空间，如有限数据下的异常检测和学习等，但其生成能力有助于缓解数据稀缺性、可用性和算法公平性。（Nature Machine Intelligence，7.15）

生物医药

抑制IL-11信号可延长哺乳动物的健康寿命 ^[5]

新加坡国立大学的研究团队发现促炎细胞因子IL-11随着小鼠年龄增长而上调，进而调节细胞、组织和生物体水平的衰老病理。给75周龄小鼠注射抗IL-11 25周可改善新陈代谢和肌肉功能，将雌雄小鼠的平均寿命延长24.9%。目前针对纤维化肺病进行早期临床试验的抗IL-11疗法可能为确定IL-11抑制对老年人衰老病理的影响提供转化机会。（Nature，7.17）

裸盖菇素破坏人脑连通性 ^[6]

美国华盛顿大学的研究团队在健康成年人服用高剂量裸盖菇素（25毫克）和哌甲酯（40毫克）之前、期间和之后3周追踪其大脑变化，并让其在6-12个月后再服用一次裸盖菇素。他们发现裸盖菇素严重破坏了皮质和皮质下的功能连接（FC），急性引起的变化比哌甲酯大三倍多，并持续数周。这些FC变化主要与前海马体相连，被认为可以创造空间感、时间感和自我感，执行感知任务可减少FC变化。该研究揭示了迷幻药对人脑网络的影响，并为后续治疗机制提供了见解。（Nature，7.17）

现代能源

消除晶粒表面凹陷以改善钙钛矿薄膜界面 ^[7]

中国香港浸会大学的研究团队详细阐述了晶粒表面凹陷（GSC）的存在及其对埋层钙钛矿异质界面的电荷提取、化学和热机械性质的影响。研究人员使用十三氟己烷-1-磺酸钾来减轻双轴拉伸应变和晶界开槽，从而形成非凹形晶粒微表面。由此产生的钙钛矿太阳能电池在ISOS标准化热循环（300次循环）、湿热（660小时）和最大功率点跟踪（1,290小时）测试下表现出更高的功率转换效率和保持率。（Nature Energy，7.15）

超低温锂金属电池 ^[8]

中国浙江大学的研究团队采用溶解能力较弱的1,3-二氧戊环（DOL）设计了一种以LiNO ₃ 为多功能添加剂的局部高浓度电解质（DLHCE）。NO ₃ ⁻ 和DOL分子之间的强配位不仅抑制了高浓度双氟磺酰基酰亚胺锂（LiFSI）下DOL的聚合，而且降低了溶剂-稀释剂的混溶性，并提高了盐-溶剂的溶解度。生成的阴离子主导的溶剂结构，衍生出由LiF和Li ₃ N组成的富含无机物的SEI，引导锂在低温下均匀沉积。Li||LiFePO ₄ 电池在−40°C时仍保留了53.6%的室温容量。（Advanced Energy Materials，7.17）

航空航天

一颗即将变成热木星的高度“偏心”行星 ^[9]

美国麻省理工学院的研究团队发现了一颗正在变成热木星的幼年行星（TIC 241249530 b），其轨道为热木星的演化提供了启示。这颗新行星绕着一颗距离地球约1,100光年的恒星运行，延伸轨道是迄今为止探测到的所有行星中偏心率最高的（e=0.94）。研究人员模拟其轨道动力学后发现，该行星的高度偏心和逆行轨道表明它可能正在通过“高偏心率迁移”演变成一颗热木星。对热木星群的质量和偏心率分布的分析进一步揭示了高质量和高偏心率之间的相关性。（Nature，7.17）

发现类太阳恒星围绕隐藏的伴星运行 ^[10]

美国加州理工学院的研究团队发现了21对罕见的由中子星与类太阳恒星组成的双星系统。以前探测到的类似系统比较紧凑，由于两个天体之间的距离很小，中子星绕转时会拖拽类太阳恒星，从恒星那里“偷走”质量，并导致它们摆动。相比之下，新研究中的中子星与类太阳恒星之间的距离要远得多，大约是地球与太阳之间距离的一到三倍，因而无法从伴星处“偷走”质量，呈现安静而黑暗的状态，双星系统得以幸存。（The Open Journal of Astrophysics，7.15）

材料科技

将工程酶嵌入PLA中，制成可自生物降解的塑料 ^[11]

法国图卢兹大学的研究团队通过嵌入经过优化的酶，生成了一种基于聚乳酸（PLA）的塑料，能够在室温下快速生物降解并具有可堆肥性。他们设计出一种80倍活性增强的超热稳定PLA水解酶，并通过基于母料的熔融挤出工艺将酶均匀分散在PLA基质中。制成的酶化PLA薄膜符合家庭堆肥标准，在20-24周内可完全分解；机械和降解特性与工业包装应用兼容，且在长期储存期间保持完好，为堆肥和生物甲烷生产、工业PLA降解提供了新方案。（Nature，7.17）

超分子凝胶中均质蛋白质的机械释放 ^[12]

英国格拉斯哥大学的研究团队设计了一种坚硬的水凝胶，可以在高达50℃的温度下防止蛋白质热变性，功能保持至少四周。与传统凝胶不同，在施加压力将凝胶化溶液推过注射器过滤器后，纯净的、非聚集的均质功能性蛋白质被释放，所有赋形剂都被留在过滤器中，确保仅递送蛋白质和缓冲液。浓度高达10wt%的大分子葡聚糖也可成功释放。该研究有助于推动全球范围内低成本、无冷链和公平的治疗交付。（Nature，7.17）

量子信息

用于大规模超导量子计算的低温微波脉冲发生器 ^[13]

中国清华大学的研究团队首次在超导量子电路中发现了一种从真空中产生微波光子的相干过程，并基于此实现了一种由类数字信号驱动，在毫开尔文温度下产生具有可控相位、强度和频率的微波脉冲的信号源。研究人员展示了使用微波脉冲发生器对超导量子位进行高保真读出，此器件结构简单、可扩展性强，并与超导量子电路兼容，有利于实现微波电子测控模块和超导量子比特在低温环境下的单片集成，为超导量子计算机的大规模扩展提供重要基础。（Nature Communications，7.16）

电荷宇称转换效应和跨子-量子比特设计参数的优化 ^[14]

德国慕尼黑大学的研究团队基于全面的噪声建模，确定了量子比特设计参数的最佳范围。他们引入了量子电路执行的性能指标，包括算法中单量子比特门和双量子比特门的保真度和数量，以及状态准备保真度，将这些指标与噪声模型相结合，确定并证实了量子比特设计参数的最佳范围。该研究可作为开发下一代基于transmon的量子处理器的指导框架。（npj quantum information，7.15）