协作式无人系统以其灵活高效和内在抗毁的优势，已成为应对众多重大挑战的关键手段。尤其是借助人工智能（AI）的具象实现，无人系统达到了越来越高的集群自主水平。然而，目前的网联协作式无人系统主要是为狭窄的特定领域任务而设计并只适用于这些任务。面对我们生活中具有挑战性的任务，无人系
统仍不能以匹配人类智能水平的方式来充分满足人类的需求。我们在本文中提出了一个以人为本的网联无人系统的愿景——无人智群（unmanned intelligent cluster, UnIC）。在这个愿景中，分布式无人系统和人通过知识共享和社会意识连接起来，以实现协作认知。本文详细介绍了UnIC 的概念、智能的来源、智
群的分层结构，并综述了实现这一愿景的使能技术。除了技术方面，本文也从一般意义上关注了无人系统的社会接受问题。
腿足机器人等无人系统需要具备快速的运动响应能力从而适应复杂环境。因此这些系统需要关节在动态运动的不同时刻提供峰值速度或者峰值力矩的爆发输出。尽管液压驱动能够提供很大的输出力，但是其效率较低，并且体积和重量都较大。工业系统所用的电机驱动关节也难以提供瞬时的爆发输出。固定速比的减速器难以兼顾高转速和大力矩输出的矛盾。本文提出了一种适用于腿足机器人的高爆发电机驱动关节和其对应的控制方法。首先，设计了一种高功率密度可变速比减速器来动态调整速度和力矩输出。关节同时采用了一种基于复合相变材料的散热结构。其次，采用了力矩积分控制方法来实现关节周期性的爆发输出。本文采用了多种腿足机器人的跳跃运动来验证所提出的爆发关节和控制方法的有效性。单腿机器人、四足机器人和仿人机器人的跳跃高度分别达到1.5 m、0.8 m和0.5 m。这也是目前公开报道的电机驱动腿足机器人跳跃能力的领先水平。
本文报道了一种新型开关型Pickering乳液，这种乳液具有快速的CO2/N2响应能力，可以通过静电作用使氧化铝纳米颗粒与微量的开关型超亲合剂进行原位疏水稳定。在引入CO2 30 s 后，Pickering乳液可以自发地破乳化，并实现完全的相分离；然后乳液可以在N2吹扫10 min后的均质化过程中得到重构。此外，稳定的Pickering乳液可以在室温下储存60 d以上而没有任何可见的变化。开关型Pickering乳液的CO2/N2响应行为归因于在CO2或N2交替鼓泡时，开关型表面活性剂在氧化铝纳米颗粒表面的可逆的解吸/吸附。由于表面活性剂的制造简便性和氧化铝纳米颗粒的疏水性，本研究开发了一种极其简便且具有成本效益的方法，用于制备可快速响应CO2/N2的开关型Pickering 乳液。与以前的研究中使用的剂量相比，开关型表面活性剂的剂量显著减少为原来的1/1500（从150 mmol∙L−1减少到0.1 mmol∙L−1）。此外，所制备的具有CO2/N2响应能力的开关型Pickering乳液对环境友好、温和、无毒；因此，该乳液具有巨大的实际应用潜力，并且具有可观的经济和环境效益，可应用于石油运输、化石燃料生产、环境气体检测以及活性成分的封装和释放。
本研究利用自旋轨道力矩（SOT）在单层L10 FePt 铁磁层中实现了电流驱动的部分磁化翻转，其中L10FePt 具有高垂直各向异性，Ku⊥为1.19 × 107 erg‧cm−3 （1 erg‧cm−3 = 0.1 J‧m−3）。与传统Ta/CoFeB/MgO 结构相比，L10 FePt 的SOT效率（βDL）要高几倍，可达8 × 10−6 Oe∙(A‧cm−2)−1（ 1 Oe = 79.57747 A‧m−1）。L10 FePt的SOT效应起源于FePt 内部分布不均匀的位错和缺陷造成的结构反演对称性破缺。进一步，采用MgO和SrTiO3 （STO）两种衬底制备FePt 自旋器件，基于MgO衬底的FePt 具有颗粒状结构，而生长于STO衬底上的FePt 则为连续结构。研究发现，基于MgO衬底的FePt 器件具备更高的SOT等效场及SOT效率，且FePt 的SOT效率不仅取决于溅射温度导致的化学有序度变化，还与晶格失配导致的微观结构变化有关。本文的研究可为基于SOT效应的高热稳定性电致磁记录提供有效的方法。
生物乙醇化学链蒸汽重整（CLSR）是一种能效高且碳中性的氢气生产技术。本文研究了NixMg1−xO固溶体作为载氧体在乙醇化学链蒸汽重整过程中的应用。在NixMg1−xO固溶体中，在Mg2+的调节作用下，化学链蒸汽重整过程表现为三个反应阶段：第一阶段，NixMg1−xO的表面氧与乙醇发生完全氧化反应并使NixMg1−xO固溶体部分还原；第二阶段，随着表面氧的消耗，水分子和Mg2+限域下的体相氧与乙醇反应，经CH3COO*路径生成氢气；第三阶段，表面氧和体相氧消耗后，生成的金属Ni 催化乙醇蒸汽重整反应，使其持续产氢。在具有不同组成的NixMg1−xO固溶体中，Ni0.4Mg0.6O在水碳比为1 的条件下表现出每摩尔乙醇产生4.72 mol氢气的高氢气选择性和超过30 个循环的高稳定性。上述研究表明，固溶体型氧载体的设计为开发和应用化学链过程提供了一种新的策略。
增材制造（AM）在设计和工程中的融合促使了广泛的研究工作，涉及拓扑优化的固体/晶格结构、多材料结构、仿生有机结构和多尺度结构等。然而，除了明显的情况，很少有人关注更复杂的三维（3D）空心结构或折叠/褶皱结构的设计和打印。主要原因之一是，这种复杂的开放或封闭的3D空腔和规则/自由形态的褶皱通常会带来与支撑结构相关的打印难题。为了解决这一障碍，本文旨在研究四维（4D）打印以及基于折纸的设计，作为设计和建造3D无支撑空心结构的原创研究方向。本研究包括用没有任何支撑结构的二维（2D）打印折纸前体布局来描述粗糙的3D空心结构。然后，这种基于折纸的定义体现了折叠功能，可以由3D打印的智能材料来驱动和实现。一旦对活性材料施加外部刺激，所需的3D形状就会被建立起来，从而确保2D折纸布局向3D结构的转变。为了证明该方案的实用性，本文介绍了一些说明性的案例。
Rett 综合征（又称雷特综合征）是一种进行性神经发育障碍性疾病，目前尚缺乏有效的治疗手段。已有研究表明，深部脑刺激可以缓解Rett 综合征模型小鼠的一些症状，但这种介入操作需要精细的手术。本研究采用电针刺激（EAS）百会（GV 20）、涌泉（KI 1）和神门（HT 7）穴位，可以减轻Mecp2 基因敲除的Rett 综合征模型大鼠的症状。结果表明，电针不仅延长了Rett 综合征大鼠的生存期，而且提高了其行为能力，包括运动能力、运动协调能力和社会交往能力。进一步研究发现，野生型和Rett 模型大鼠经电针刺激后，中脑黑质、纹状体和大脑皮层中c-Fos 蛋白表达的增加，表明电针刺激能激活这些大鼠脑区神经元的活动，从而促进运动及社交能力的恢复。因此，电针为神经发育性疾病治疗提供了一种安全有效的潜在治疗手段。
产碳青霉烯酶肠杆菌（CPE）是对全球公共卫生产生最严重威胁的病原菌之一。然而，血流感染（BSI）中CPE分离株的种群结构和遗传特征在很大程度上尚不清楚。为解决这一认知差距，将具有临床意义的由CPE引起的BSI 患者纳入本研究，并且于2014—2015 年在中国26 家哨点医院招募相关患者。对CPE分离株进行微生物学和基因组学表征，包括耐药谱、分子分型、系统发育特征以及碳青霉烯酶编码基因的遗传背景分析。在采集的2569 株BSI 相关肠杆菌中，发现42 株（1.6%）为碳青霉烯酶阳性。此外，对2242株大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、奇异变形杆菌和产酸克雷伯菌进行了产超广谱β-内酰胺酶（ESBL）检测试验，发现1111 株（49.6%）产ESBL菌株。全基因组测序分析显示，在收集的菌株中，产肺炎克雷伯菌碳青霉烯酶（KPC）-2 的ST11 型肺炎克雷伯菌和产新德里金属β-内酰胺酶（NDM）-5 的ST167 型大肠埃希菌在中国存在克隆扩散现象。质粒分析显示碳青霉烯酶编码基因位于多种类型的质粒上。此外，观察到在肺炎克雷伯菌分离株中生物膜形成相关的3 型菌毛簇基因和耶尔森菌素相关毒力基因的分离率较高。本研究证明了产ESBL菌株在中国BSI 分离株中的高流行率及CPE菌株在其中的广泛传播，凸显了上述两类病原菌在临床中产生的威胁。此外，本研究首次全面表征了BSI CPE分离株的基因组特征。强调未来需密切监测产KPC-2 的ST11 型肺炎克雷伯菌和产NDM-5 的ST167 型大肠埃希菌克隆在中国的播散情况。
人类微生物群在生命早期的定植对健康具有长期的影响。最初肠道微生物群的状态决定了人类从婴儿期到成年期的生长发育，因此是人类长期发育的一个关键窗口期。本文旨在总结生命早期共生肠道微生物群的最新发现及其在代谢、过敏和自身免疫疾病相关的疾病（包括肥胖症、糖尿病、过敏性疾病、自闭症、炎症性肠病和发育迟缓）中的重要作用。本文讨论了肠道微生物群发育过程和塑造肠道微生物群的各种因素，以及肠道微生物群在生命早期建立过程中与宿主生理系统之间的串扰（尤其是肠道免疫发育和稳态，以及神经发育过程中的中枢神经系统），以破译与生命早期肠道微生物组相关的疾病机制。此外，还考察了以微生物群为靶向的治疗方法，并显示出这些方法对于上述疾病具有一定的治疗潜力。肠道微生物组正确的成熟过程取决于遗传、营养和环境因素，必须详细检查，以监测健康的肠道微生物组发育，并通过新型益生菌或粪便微生物群移植等方法进行干预，尽可能以此纠正错误的发育过程。
核黄素是一种人体必需的微量营养元素，且必须通过外源食物或营养补充剂获取。众多研究表明，核黄素在多种疾病的预防和治疗中均扮演着重要角色。核黄素的合成方法主要有三种，包括全化学合成法、化学半合成法和微生物发酵法，而微生物发酵法是目前核黄素的最佳生产方法。近几年来，产核黄素微生物受到了越来越多的关注。其中，真菌（阿舒假囊酵母和棉阿舒囊霉）和细菌（枯草芽孢杆菌、大肠杆菌和乳酸菌）是理想的核黄素高产细胞工厂。因此，它们是增加发酵食品中核黄素含量或开发具有较高营养价值和人体健康益处的新型核黄素生物强化食品的优良候选菌株。本文简述了核黄素在人体健康中的作用及其工业生产历史进程，详述了核黄素在细菌和真菌中的生物合成途径，并总结了利用现有的微生物发酵法高产核黄素的方法与策略，包括发酵条件的优化以及通过化学诱变和代谢工程技术构建核黄素高产菌株。本文不仅可为核黄素的生物合成提供更新、更全面的理解，也将在一定程度上推进富含核黄素发酵食品的研发。
克罗诺杆菌（Cronobacter spp.）是一种革兰氏阴性条件致病菌，可导致新生儿与婴幼儿患脑膜炎、败血症以及坏死性小肠结肠炎等疾病，严重者留下神经系统后遗症。目前，Cronobacter spp. 对婴幼儿的高毒力已经引起了全世界的关注。本文分析了Cronobacter spp. 在重要食品中的流行情况，回顾了该菌在胁迫环境下的应答机制及其致病机制等，并强调了Cronobacter spp. 对食品安全的重要性，以及相关控制手段、临床治疗方案制定的意义。
水是病毒传播的重要媒介，城市水系统的病毒监控不仅关乎生物安全，而且可以反映病毒在人群中的扩散情况。已有研究表明，无论在发达国家，还是发展中国家，都存在数量大、种类多且组成复杂的介水病原病毒，威胁公众健康。同时，水中病毒相关监测检测工作，已展现出在指示水系统生物安全、水处理工艺表现和社区居民健康等方面的应用潜力。当前，由SARS-CoV-2 引起的新型冠状病毒肺炎疫情，使管控介水病毒与保障公众健康成为全球水环境科技领域的焦点议题。基于对介水病毒研究进展和科技需求的系统分析，本文提出了面向公共健康保障的水环境病毒（COVID-19 等）管控路线图。
新冠病毒肺炎疫情的大流行，使得抗菌纺织品的重要性以及人们对其需求达到了新的高度。除了医疗目的，抗菌纺织品还可以成为普通人对抗微生物的自我防御实体。抗菌纺织品可以有效地防止微生物在全世界的传播。纺织品的传统抗菌整理工艺采用的是湿式处理方法，即采用填充—干燥—固化或排气技术。但纺织品湿处理行业是世界范围内引起环境污染的主要原因之一，这一点令人极为担忧。鉴于目前和近期的高需求，将等离子体纳入抗菌整理工艺，以实现高效率的生产，同时保持一个安全的环境，是当务之急。因此，本文通过对近期研究的批判性分析，回顾了等离子体在纺织品抗菌整理技术中的应用原理，并强调了用于实际应用的等离子体技术的类型和机制。
施肥是人类改造自然环境的主要农业活动之一，不仅会引发全球变化，也会影响土壤微生物多样性。但是，当前对生态背景如何影响土壤微生物多样性对施肥响应的问题尚不明确。该问题的解答有助于预测全球变化下土壤微生物多样性的变化轨迹。为此，本研究大规模联网分析了中国10 个长期（大于20 年）定位施肥（有机vs 无机）试验，发现土壤细菌多样性对施肥的响应取决于当地生态背景。在酸性土壤中，化肥施用加剧了土壤酸化，进而降低土壤细菌的多样性；相比之下，有机肥施用对土壤细菌多样性的影响较小。除此之外，还发现部分微生物相对丰度对施肥的响应一致，不受生态背景的影响。例如，氮肥添加刺激了Nitrosospira 和Nitrososphaera，以及有机肥施用增加了Chitinophagaceae、Bacilli 和光合细菌的相对丰度。这些物种或可作为指示生物来监测施肥对土壤肥力的影响。综上所述，本研究发现生态背景决定了土壤微生物多样性对施肥的响应，其中酸性地区的土壤微生物多样性对施肥措施更敏感。
太阳能光伏（PV）和电池存储系统成本的下降正在推动其在住宅配电系统中的应用。在住宅配电系统中，越来越多的消费者正在成为产消者。伴随这一趋势的是家庭能源管理系统（HEMS）的潜在推广，它为生产者提供了一种应对能源价格、天气和能源需求等外部因素的手段。然而，产消者的经济运行会影响电网安全，尤其是在能源价格极低或极高的情况下。因此，设计一个能够满足配电系统中关键利益相关者（即网络运营商、产消者和集电商）利益的框架至关重要。本文提出了一种新的基于交易能量（TE）的操作框架。在此框架下，集电商通过协商过程与配电网运营商交互以确保网络安全；而在较低级别，产消者通过HEMS将其调度提交给集电商。如果网络安全面临风险，集电商将向产消者发送代表安全成本（CoS）的额外价格成分，以刺激进一步的响应。仿真结果表明，所提出的框架能够有效保证配电系统中集电商和产消者的经济运行，同时保持电网安全。
世界各地的医院项目经常出现执行不佳的情况，表现为超出估计成本、错过截止日期、遭受质量问题和收益不足的问题。基于这些普遍存在的问题，本文旨在通过解决以下研究问题来理解这一现象：如何理解医院项目的不当执行，以及如何减少它的发生？采用释案研究方法和意义建构的分析镜头来观察三个大
型医院项目的（不当）执行情况。研究揭示了诸如范围变化、无法适应，以及应对风险和不确定性、无效的项目管理和治理、乐观偏见等问题，这些因素联合起来会对项目的执行产生不利影响。研究认为，在该领域中占主导地位的两个理论观点不足以充分解释医院项目的（不当）执行。本研究为改善医院的采购流
程提供了建议，并提出有必要制定一个稳健且平衡的项目（不当）执行理论。
新冠病毒肺炎疫情在过饱和城市轨道交通系统中传播风险较高，为降低交叉感染风险，同时缓解车站日益严重的拥挤状况，本文提出了一种面向城市轨道交通客流控制与列车时刻表一体化的分布鲁棒优化方法。具体地，考虑客流需求和随机客流场景发生概率的双重不确定性，以最小化列车运营时间、平均等待人数和运营风险为目标，构建了基于'均值-CVaR'准则的分布鲁棒优化模型，并推导了其与传统两阶段随机规划模型之间的关系。基于∞-范数非精确集，将该模型等价转化为计算可处理形式，并设计了一种结合局部搜索规则和CPLEX的求解算法。最后，以实际运营数据为背景，通过一系列数值算例验证了所提方法的有效性。