当期目录

2025年, 44卷, 第1期 
刊出日期:2025-01-31
    
  • 全选
    主编寄语
  • 周济, Raj Reddy
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  • 观点述评
  • 宋波, Shaoji Zhang, 张磊, 史玉升
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  • Kinam Kim
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  • Wei Xiang, Lu Yu, Xiaoyuan Chen, Marco J. Herold
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  • 芮振华, 曾联波, Birol Dindoruk
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  • 高自友, 贾斌, 谢东繁, 王文旭, 吴建军
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  • Mirosław J. Skibniewski
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  • 研究论文
  • Perspective
    胡利军, 段之章, 王英, 叶文才, 车镇涛
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    天然产物以其独特的化学结构和多样的生物学功能,在化学、生命科学和医学领域中发挥着重要作用,它们不仅为新药发现提供了新颖的活性分子,还促进了药物研发策略的不断创新。天然产物仿生合成是基于仿生学原理,借鉴生物合成过程中的自然机制,设计并发展模拟生物合成过程的合成策略。作为一种重要的天然产物合成方法,仿生合成已广泛应用于具有重要生物活性和医学价值的结构复杂天然产物的合成,在化学、生物学、药学及相关领域受到了广泛关注,彰显了其跨学科的影响力。本文综述了天然产物仿生合成策略的最新进展、面临的挑战以及未来发展的前景,强调了仿生合成在融合化学合成和生物合成方面的独特性,以及其在推动天然产物创新药物研发中的重要作用。
  • Perspective
    王志国, 杨宝峰
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    近年来,人们对衰老生物学的了解取得了长足的进展,且提出了数量庞大的相关假说,但其中每一个假说都局限于揭示衰老过程的某一方面或层面,而缺乏一个能够全面解释衰老机制的统一学说,致使我们对衰老的认知仍然处于碎片化的阶段。衰老机制究竟是由基因程序性还是进化随机性所决定,目前仍旧存在诸多争议,虽两者皆有相应的科学证据支持,却皆无法完整揭示衰老过程。为此,我们提出了“促衰老代谢重编程”理论,整合并统一了上述两大假说。我们认为,促衰老基质的形成和衰老触发因子的发生是启动衰老过程的两个先决条件,而两者的产生均是由受到内外环境随机性和遗传基因程序性共同制约的退行性代谢重编程过程所驱动的,后者通过诱导遗传和细胞重编程而起到促衰老作用。
  • Perspective
    欧阳敏, 程泽楷, 马佳欣, 王红卫, Stergios Aristoteles Mitoulis
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  • Review
    Chuanyu Zhang,Philippe Brunet,Shuo Liu,Xiaofeng Guo,Laurent Royon,Xianming Qin,Xueyong Wei
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    Acoustofluidics is a term describing the class of phenomena in which mechanical or acoustic vibrations induce a deformation or a flow in a fluid. Many deficiencies in our understanding of these phenomena remain to be addressed, with respect to the fundamental theoretical framework as well as in numerous applications. In this regard, the frequency of external forcing is a key parameter. Owing to the low cost, substantial magnitude, and versatility associated with acoustofluidic phenomena at audible frequencies, studies of these phenomena in the audible range have emerged with increasing amount in recent years and have attracted considerable attention. However, compared with studies focusing on the ultrasonic frequency domain, critical features and information specific to audible acoustofluidics remain dispersed across many independent publications, and a systematic integration of the literature on this topic is necessary. Accordingly, this review summarizes the basic theory and methods for generating vibrations in the audible range, presents various applications thereof in biology, chemistry, and other fields, and provides a high-level overview of the current status of the topic to motivate developing interesting proposals for further research in this field of study.
  • Review
    Xinxia Cai, Zhaojie Xu, Jingquan Liu, Robert Wang, Yirong Wu
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  • Review
    吴飞, 沈弢, Thomas Bäck, 陈静远, 黄刚, 金耀初, 况琨, 李孟择, 卢策吾, 苗嘉旭, 王永威, 魏颖, 吴帆, 严骏驰, 杨红霞, 杨易, 张圣宇, 赵洲, 庄越挺, 潘云鹤
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    近年来大语言模型在多模态场景下语义理解、内容生成与问题推理等任务上表现出较大潜力,为人工智能发展提供了动力。然而,当前大语言模型在信息时效性、内容幻觉、推理效率、可解释性以及垂直领域准确性等方面仍面临诸多挑战。为此,本文重点围绕后大模型时代的三个关键发展方向展开讨论,即知识引导、模型协同与联合进化。首先,分析了如何将外部知识引入大语言模型,如在训练目标中引入知识、指令微调、基于检索的推理增强以及知识提示等方法,以提升事实准确性、推理能力与可解释性。其次,阐释了模型协同策略,如通过模型合并、功能型模型协同以及知识注入等技术,充分利用大语言模型与小模型之间互补优势,进一步提高推理效率和提升特定领域应用性能。最后,介绍了模型联合进化这一前沿方向,即多个模型通过知识共享、参数融合以及联合学习等机制在动态环境与多样化任务中共同进化,从而获得更强适应性与持续学习能力。本文对知识引导、模型协同与联合进化在科学、工程与社会领域的应用前景进行了讨论,特别关注这些方法在假设生成、问题表征、问题求解以及跨领域解释性等方面的潜在价值,并对后大模型时代的持续创新与未来研究方向进行了展望。
  • Review
    李赞, 石嘉, 司江勃, 吕璐, 关磊, 郝本建, 铁壮壮, 王丹洋, 邢成文, Tony Q.S. Quek
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    随着未来网络覆盖范围和异构性的显著提升,新兴网络将面临前所未有的安全威胁。隐蔽通信凭借其能够在低检测概率下隐藏信号发射端的传输行为,从而确保私密信息的安全传递,被视为未来无线网络的一种潜在增强型安全和隐私解决方案。凭借其卓越的安全性能,隐蔽通信有望广泛应用于医疗、金融、军事等多种无线通信场景。然而,现有的隐蔽通信方法在实际应用中仍面临诸多挑战。尤其是,由于窃听环境的随机性,难以有效保证隐蔽方案的可靠性,同时合法用户也难以检测到微弱的隐蔽信号。鉴于新兴的人工智能辅助传输技术能够为应对上述难题提供全新契机,本文全面回顾了智能隐蔽通信领域的最新进展及潜在研究方向。文章首先介绍了隐蔽通信的基本概念和性能指标,随后梳理了时间、频率、空间、功率和调制域中现有的隐蔽通信技术。最后,探讨了智能隐蔽通信在未来网络中的潜在实现方式及所面临的挑战。
  • Review
    刘欣萌, 舒志全, 张黎明, 李皓玥, 杨静, 张雷
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    随着器官移植、再生医学以及药物研发等领域的快速发展,器官保存技术的重要性日益凸显。尽管相关技术已经取得了一定进展,但现有保存方法在长期维持器官活性和功能方面仍然存在明显局限。因此,迫切需要开发出更加可靠与高效的器官保存策略。目前,临床上主要采用静态冷保存和器官机械灌注两种保存方式,这些方法能够在短时间内对维持器官的有效性,但其保存时间通常仅为数天,甚至数小时。近年来,低温生物学的迅速发展为该领域带来了全新的视角。本文全面回顾了器官保存技术的发展历程,重点分析了传统保存方法的局限性,并讨论了肾脏、肝脏、心脏、肺脏和肠道等器官目前最先进的保存技术。最后,本文展望了器官保存领域的未来发展方向,希望推动实现长期高效的器官保存,从而应对全球日益严峻的器官短缺问题。
  • Review
    杨超, 初广文, 冯鑫, 李燕斌, 陈杰, 王丹, 段晓霞, 陈建峰
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    混合在化学反应器设计、优化和放大过程中起着至关重要的作用。对于大多数化学反应,在分子水平上实现反应物的快速均匀接触至关重要。混合强化包括创新的方法和工具,以解决反应器内混合不充分的问题,旨在实现反应器的高效放大并提高工业过程的生产效率。本综述介绍了多相混合的理论基础,通过工业案例重点阐述了混合强化技术在储能材料、先进光学材料和纳米农药生产中的应用。这些案例充分展现了理论分析指导化工工程应用的重要作用。探讨了该领域的机遇和挑战,并基于当前认知提出了相关见解。
  • Review
    孙竞博, 周济
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    超材料由天然材料组成,但通过人工设计的结构可使其具有超越自然的特性。与传统材料研究不同,超材料研究更多的是需要人的创造力,以便通过设计获得所需的特性,从而实现所需的功能。这些特性和功能在自然界中并不一定具有,因而超材料的研究可以突破现有的材料学的研究范式。本文从如何实现超材料 的“超凡属性”的角度回顾了过去20余年超材料研究中的重要进展,其中着重讨论了基础科学和工程领域中超材料的未来发展趋势。
  • Review
    赵勇, 杜彦良, 晏启祥
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    随着国家重大战略实施与社会经济高速发展,青藏高原地区正在修建一大批超长深埋隧道。然而,极端复杂多变的环境特征对这些在建或待建的超长深埋隧道安全建设与长期运营造成了巨大挑战。为了应对这些问题,本文详细分析了青藏高原区域内隧道建设面临的极端复杂气候和地质环境特征,气候环境特征主要体现在严寒缺氧和气象多变两个方面,地质环境特征主要表现为板块剧烈的内外动力耦合作用造成的地应力分布复杂、活动构造广布、高烈度地震频发、岩体结构破碎以及存在大量活动断裂带等。基于上述,本文进一步阐述了青藏高原地区山岭隧道超长与深埋工程特征所带来的重大技术挑战,主要包括穿越活动断裂带灾害、高地应力岩爆及大变形灾害、高渗压突水突泥灾害、高地温热害、多灾害耦合以及长距离通风供氧不足等难题。针对这些技术难题,本文总结了国内外最新研究进展和技术成果,从灾害监测预警、机械化智能建造、长期安全服役与应急保障救援等方面提出了创新性思路和未来发展展望。隧道建设正逐步向风险评估定量化、监测预警智能化、防治控制超前化、施工建设机械化和运营服役韧性化的方向发展,本文中创新性应对措施的提出旨在应对青藏高原复杂环境下隧道灾害防治的挑战,实现青藏高原超长深埋隧道安全建造与长期运营。
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    严宇, 倪磊, 孙立军, 王迎, 周家宁
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    在全球各国争相抢占技术高地、加速推进新型基础设施建设背景下,道路基础设施正面临数字化的重大需求和挑战。在众多前沿数字技术中,数字孪生(digital twin)在工程领域,尤其是制造业和建筑业中,受到了广泛关注。在道路工程领域,对数字孪生的兴趣与日俱增,并在应用实践中取得了令人瞩目的成果。本文系统地回顾了数字孪生理论和技术的发展过程,并综述了与模型创建、状态感知、数据处理及交互等相关的数字孪生使能技术的研究现状,分析了数字孪生在道路工程中的应用现状及其在道路基础设施全生命周期中的潜力。结果表明,当前研究主要集中于设施性能感知和虚拟模型创建,而实时数据处理、物理实体与虚拟模型之间的交互仍是有待深入探索的领域。在道路工程中,数字孪生主要应用于运维阶段,而对施工和改扩建阶段的关注有限。未来的研究应着眼于建立统一标准、开发创新的感知和数据交互技术、优化数字孪生开发成本、扩大生命周期应用范围,从而促进道路工程的数字化和智能化转型。本研究提供了此领域最新进展的全面概述,对加强数字孪生技术在道路基础设施全生命周期管理中的应用起到了促进作用。
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    Xiaoye Zhang, Junting Zhong, Xiliang Zhang, Da Zhang, Changhong Miao, Deying Wang, Lifeng Guo
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  • Review
    Chaopeng Hong, Rui Zhong, Mengyao Xu, Peidong He, Huibin Mo, Yue Qin, Danna Shi, Xinlei Chen, Kebin He, Qiang Zhang
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  • Review
    Felix D. Dakora, Huihui Li, Jun Zhao
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    张颖, 黄官民, 赵衍鑫, 卢宪菊, 王艳茹, 王传宇, 郭新宇, 赵春江
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    种业安全是保证国家粮食安全的重要前提。当前,欧美发达国家和国际种业巨头已进入“生物技术+AI技术+大数据信息技术”的育种4.0时代,而我国尚处于以常规选育和分子育种为主的2.0到3.0阶段。当前,国际局势复杂多变,找准我国种业科技创新发展的核心问题、抢占国际种业科技前沿赛道,是确保国内粮食安全和实现种业振兴的重要基础。本文剖析了从人工选择到智能设计育种各阶段作物育种数据的特点,从人工智能与高通量表型获取与解析、多组学大数据库及管理系统构建、基于人工智能的多组学整合分析,智能育种软件工具研发等方面梳理了当今人工智能+大数据在作物育种中的应用及发展。最后,在剖析我国种业科技发展现状及问题基础上,提出我国新一代人工智能+大数据智能设计育种的战略目标和重点任务,为早日形成基因挖掘规模化、基因操作高效化、品种设计工程化、生物育种体系化的智能驱动的作物育种工程提供参考。
  • Review
    Alexander K. Zinsmaier, Eric J. Nestler, Yan Dong
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