论文
pc 端：【我的】-【应用】-【群组】搜“科研论文推荐分享”；
移动端：【我的科研】-登录科研之友-【更多】-【群组】-搜“科研论文推荐分享”
1
首次！我国以计算机系为第一完成单位的论文登上《自然》
【导读】
10 月 14 日，在最新一期《自然》杂志上，出现了一项类脑计算体系结构的突破性进展。来自清华大学、北京信息科学与技术国家研究中心、美国特拉华大学（University of Delaware）科研团队的研究者在论文《A system hierarchy for brain-inspired computing》（一种类脑计算系统层次结构）中提出了“类脑计算完备性”概念。该研究被认为会加速类脑计算，及通用人工智能等方向的研究。
目前，发展通用人工智能（AGI）通常有两种方法：神经科学导向和计算机科学导向。由于两种方法在公式和编码方式上存在根本差异，它们依赖于不同且不兼容的平台，阻碍了 AGI 的发展。
该研究的第一作者为清华大学计算机系研究员张悠慧，与清华大学教授、清华大学类脑计算中心主任施路平共同为该论文的通讯作者。
神经形态计算从生物大脑中获取灵感，为计算机技术和体系结构的下一波发展提供了方向。类脑计算与传统计算机架构不同，后者是围绕图灵完备和完善的冯诺依曼结构，前者目前还没有没有广义的系统层次结构，或对类脑性计算的完整性的理解。这会影响类脑计算软件和硬件之间的兼容性，从而阻碍了大类脑式计算的开发效率。
面对这一挑战，清华大学等机构的研究者们提出了“类脑计算完备”概念，它放宽了对硬件完整性的要求，并提出了相应的系统层次结构，其中包括图灵完备的软件抽象模型和通用的抽象神经形态架构。
使用这种层次结构，我们可以将各种程序描述为统一的表示形式，并转换为任何神经形态完整硬件上的等效可执行文件。这意味着，这一体系可以确保编程语言的可移植性、硬件完整性和编译可行性。
为了支持在各种典型硬件平台上执行不同类型的程序，研究人员实现了一系列工具链软件，进而证明了该系统结构的优势。
在这项研究中，研究者提出了一种具有高度通用性和普适性的类脑计算系统层次结构，该结构包括三个层次：软件、硬件和编译。
与传统的计算系统层次结构不同，对于类脑计算系统层次结构而言，软件层指的是神经形态应用和开发框架（如 Nengo 和 PyTorch）。相应地，研究者提出将 POG 作为软件的中间表征， EPG 作为硬件的中间表征（CFG，控制流图），并引入编译工具将 POG 转换为 EPG。对于硬件层，研究者提出了抽象神经形态结构（ANA），包括调度单元、处理单元、内存和互连网络，作为神经形态硬件（TrueNorth、SpiNNaker、Tianjic 和 Loihi）抽象。
考虑到类脑计算的相似性，研究者进一步提出了“类脑计算完备性”的概念，引入了逼近等价（approximation equivalence）和近似等价（precise equivalence）。
这项研究为处于起步阶段的类脑计算方向，填补了完备性理论与相应系统层次结构方面的空白，有利于自主掌握新型计算机系统核心技术。
论文信息： 标题：A system hierarchy for brain-inspired computing 出版信息：Nature，14 October 2020 | |||
2
一滴树脂打印一颗牙
【导读】
在最先进的3D打印中，一滴树脂滴在被称为“固化界面”的透明板上，准备好接受已输入好设计参数的紫外光。随着紫外光的投影，树脂一层一层变成固态，一颗牙齿逐渐在成型平台下显现，光滑、洁白。
中国科学院化学研究所研究员宋延林和副研究员吴磊共同完成了这一令人惊叹的3D打印，他们提出单墨滴3D打印策略，通过引入可退浸润的“三相接触线”，显著提高了3D打印的精度和稳定性，实现一滴成型。这项研究在《自然-通讯》（Nature Communications）上发表。
作为3D打印领域的前沿技术，单墨滴3D打印的实现仍需突破许多科学问题。“在对树脂这一类光固化材料进行3D打印时，我们发现其表面往往不光滑。”宋延林告诉《中国科学报》，液体树脂不仅会在固化结构的表面残留，还会产生凸起或者台阶结构。
他带领研究人员从光固化界面的科学问题入手，尝试破解这一难题。“三相接触线（TCL）”是一个核心概念，指的是滴上液滴的固化界面、液体树脂及空气的固-液-气三相的接触线，与浸润、黏附和润滑等现象紧密相关。而实现单墨滴3D打印的关键是三相接触线的可控回缩。
在最新的这项研究中，他们进一步对氟化石英、超双疏和超润滑等三种固化界面与液体树脂、固态树脂之间的粘附规律进行总结。最后发现，只有液体树脂与固态树脂的粘附力大于固化界面与液体树脂的粘附力，同时后者还要大于固化界面与固态树脂粘附力时，才能实现单墨滴3D打印。
基于光固化的连续3D打印技术已成为构造3D结构最有前途的方法之一，但是其精度和材料利用率在连续快速打印过程中受到限制。并且在高速打印时，树脂紫外固化过程的放热会让打印过程变得不稳定，导致树脂残留，降低3D打印的分辨率。
最新发表的论文中，单墨滴3D打印技术能够克服这一问题，实现精准的按需打印。实验中，研究人员使用三个单独的树脂液滴成功实现了臼齿、门齿以及犬齿的打印，证实新方法具有结构可控性。
精准打印带来的另一个好处则是材料利用率的提高。实验中，在打印24毫米长的圆柱形网格结构时，液态树脂利用率达99.6%，仅有0.4%的液态树脂残留。这远高于传统光固化连续3D打印技术50%左右的利用率。
在业内专家看来，这项研究实现了最高材料利用率的高精度3D打印。
多年来，宋延林课题组一直在应用需求牵引下开展基础研究。“我们围绕应用中常见的几类3D打印材料进行了基础研究，包括导电的金属材料、光固化的高分子材料以及无机纳米材料等。”宋延林表示，“在喷墨打印墨滴控制和功能界面操控液体行为领域取得了系列进展。”
近两年，他们通过图案化浸润性表面实现了对液滴撞击过程的精准调控，为液体表面能的利用和液滴碰撞行为的精确调控提供了全新的思路；提出微结构浸润性和几何结构的设计原则，实现流体间界面的可编程图案化，对发展微型器件的制备新方法上具有重要意义；创造了利用模板控制液体限域控制颗粒组装图案化的新方法，成为纳米印刷技术在先进制造领域的突破。
最新发表论文中的单墨滴3D打印技术则有望为可控、按需制备3D结构开辟了新途径。“除了牙齿之外，这项技术还可以用在隐型眼镜等精细产品的制造上。”宋延林指出。
论文信息 标题：Continuous 3D printing from one single droplet 出版信息：Nature Communications，17 September 2020 | |||
3
重大突破！潘建伟团队在量子模拟与超冷原子量子计算领域取得重要进展
【导读】
7月31日，中国科学技术大学潘建伟及苑震生共同通讯在Science 在线发表题为'Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices'的研究论文，该研究在理论上提出并实验实现原子深度冷却新机制的基础上，在光晶格中首次实现了1250对原子高保真度纠缠态的同步制备，为基于超冷原子光晶格的规模化量子计算与模拟奠定了基础。
在实现量子比特的众多物理体系中，光晶格超冷原子比特和超导比特具备良好的可升扩展性和高精度的量子操控性，是最有可能率先实现规模化量子纠缠的系统。自2010年开始，中国科大研究团队与德国海德堡大学合作，对基于超冷原子光晶格的可拓展量子信息处理展开联合攻关。
在前期的研究中，该团队使用Rb-87超冷原子制备了600多对保真度为79%的超冷原子纠缠态；并使用该体系调控特殊的环交换相互作用产生四体纠缠态，模拟了拓扑量子计算中的任意子激发模型。以上的实验中，由于晶格中原子的温度偏高（约10 nK），使得晶格中原子填充缺陷大于10%，这对于纠缠原子对连接形成更大的多原子纠缠态和提升纠缠保真度有很大的影响。
在这项研究中，该团队首次提出了使用交错式晶格结构将处在绝缘态的冷原子浸泡到超流态中的新制冷机制，通过绝缘态和超流态之间高效率的原子和熵的交换，使系统中的热量主要以超流态低能激发的形式存储，再用精确的调控手段将超流态移除，从而获得低熵的完美填充晶格。该实验实现了这一制冷过程，制冷后使系统的熵降低了65倍，达到了创纪录的低熵，使得晶格中原子填充率大幅提高到99.9%以上。在此基础上，该团队开发了两原子比特高速纠缠门，获得了纠缠保真度为99.3%的1250对纠缠原子。
在该研究工作的基础上，研究团队将通过连接多对纠缠原子的方法，制备几十到上百个原子比特的纠缠态，用以开展单向量子计算和复杂强关联多体系统量子模拟研究。同时，该工作中的新制冷技术将有助于对超冷费米子系统的深度冷却，使得系统达到模拟高温超导物理机制的苛刻温区。该研究成果将极大推动量子计算和模拟领域的发展。
论文信息： 标题：Cooling and entangling ultracold atoms in optical lattices 出版信息：Science，31 July 2020 | |||
4
浙大学者发现“久居兰室而不闻其香”的奥秘
【导读】
浙江大学脑科学与脑医学学院教授康利军团队和段树民院士团队合作，在《神经元》发表研究成果。
该研究首次发现外周神经胶质细胞可以直接感受环境气味刺激，并通过GABA神经递质，实时抑制嗅觉神经元的活性，从而引起嗅觉适应性。这一研究开拓了人们对胶质细胞功能的认知。
每年九十月份的杭城，到处都充盈着桂花的香气。随着时间的推移，大家总会觉得香气越来越淡了。除了桂花自然凋落的客观原因外，其实人的嗅觉适应性也起了很大的作用。正所谓“久居兰室而不闻其香”，神经系统对外界刺激的响应，会随着时间的拉伸而降低。
一直以来，科学界都认为嗅觉适应性是由神经系统中的神经元“麻痹”所造成的。
神经胶质细胞是神经系统的重要组分，对于神经元的发育、功能和健康至关重要，其功能异常直接导致各种神经精神性疾病。相对于神经元，神经胶质细胞一般不形成典型的神经突触结构、细胞膜电兴奋性比较低，因此曾经长期被认为是“惰性”的组织，通过对神经元的支持、保护和营养等方式发挥作用。
胶质细胞与神经元如同一对孪生兄弟相伴而生。“以前的理解，遇到刺激是神经元冲锋在最前面，而胶质细胞则比较惰性，不那么活跃。”康利军介绍。
但这次他们通过实验发现，胶质细胞可以直接感受气味，同时还可以通过感知气味产生嗅觉适应。
康利军和段树民合作团队通过高浓度的异戊醇对模式生物秀丽隐杆线虫的头部化感器进行刺激，发现了嗅觉神经元和胶质细胞的钙离子都升高，而且都可以独立感受到这个气味。
与此同时，科研人员通过一系列的实验发现，胶质细胞在感受到外界刺激后，还会释放出具有抑制性的GABA神经递质，进而控制神经元使其对气味的敏锐度降低。
神经细胞的特征在于要张弛有度，如果始终处于激活的过度兴奋也不利于神经元功能的维持，因此信息的归零显得尤为必要。康利军表示，对胶质细胞功能的新认知，对于未来通过胶质细胞调控神经元和神经功能开拓了新思路。例如，对于阿尔兹海默症等产生的嗅觉退化和感觉功能障碍，就可以开拓新的药物分子靶标。
这项研究揭示了神经胶质细胞在感觉生成调控中的主动、实时的作用，并从分子和环路水平揭示了嗅觉适应性的产生机制，为充分阐明神经胶质细胞的生理功能和感觉适应性的生成机制奠定了科学基础，并提示神经胶质细胞及其相关分子在神经精神疾病发生与相关药物开发中潜在的意义。
论文信息： 标题：Sensory Glia Detect Repulsive Odorants and Drive Olfactory Adaptation 出版信息：Neuron，23 September 2020 | |||
加人群组
科研之友服务号功能介绍
科研之友服务号和APP也可以访问群组啦！发现或创建你感兴趣的群组，与同领域的科研人员共享资源、合作交流
点击标题蓝字关注科研之友，进入“科研之友”公众号首页，
点击下方菜单【我的科研】登录->【更多】-->【群组】
项目群组：有效管理与永久保存项目信息
课程群组：有效管理与长期保存教学资源
图文来源：机器之心Pro，iNature，中国科学报
编辑：科研之友
版权申明：本文系“科研之友”公号转载、编辑的文章，编辑后增加的插图均来自于互联网，对文中观点保持中立，对所包含内容的准确性、可靠性或者完整性不提供任何明示或暗示的保证，不对文章观点负责，仅作分享之用，文章版权及插图属于原作者。如果分享内容侵犯您的版权或者非授权发布，请及时与我们联系，我们会及时审核处理。
联系客服
