人工智能

動(dòng)態(tài)照明深度學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)成像研究

中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所量子光學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提出一種適用于傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)的深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型，該方法可實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)成像動(dòng)態(tài)解碼，樣品只需單次曝光即可獲得高質(zhì)量圖像。相關(guān)論文發(fā)表于Optics Express。利用傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出了一種動(dòng)態(tài)解碼神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（Y-Net），只要訓(xùn)練過(guò)程和成像過(guò)程的散斑場(chǎng)統(tǒng)計(jì)特性一致，即可高質(zhì)量重建樣品圖像，且樣品只需單次曝光。由于網(wǎng)絡(luò)具有動(dòng)態(tài)解碼特性，訓(xùn)練散斑場(chǎng)的空間分布可以完全不同于實(shí)驗(yàn)散斑場(chǎng)，因此可以采用模擬數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，從而解決了常規(guī)深度學(xué)習(xí)成像方法中的數(shù)據(jù)來(lái)源問(wèn)題。

動(dòng)態(tài)解碼網(wǎng)絡(luò)模型（Y-Net）及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所網(wǎng)站）

基于深度學(xué)習(xí)的傅里葉變換關(guān)聯(lián)成像原理：（a）成像光路；（b）網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流（圖片來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所網(wǎng)站）

微生物單細(xì)胞人工智能鑒定研究

中國(guó)科學(xué)院微生物研究所付鈺研究組利用拉曼光鑷結(jié)合人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)了微生物單細(xì)胞水平的快速準(zhǔn)確鑒定。研究論文發(fā)表于Analytical Chemistry。研究組設(shè)計(jì)了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法，建立拉曼組數(shù)據(jù)庫(kù)，開展模型驗(yàn)證和樣品預(yù)測(cè)，驗(yàn)證了人工智能模型對(duì)微生物單細(xì)胞檢測(cè)的特異性和靈敏性，結(jié)果顯示單細(xì)胞水平鑒定微生物的平均正確率達(dá)到95.64%，整個(gè)鑒定過(guò)程在5分鐘內(nèi)完成。鑒于人工智能分析的“黑箱性”，通過(guò)逐一遮蔽光譜的理念建立了新型的微生物拉曼光譜特征峰提取算法，實(shí)現(xiàn)對(duì)人工智能如何分析微生物拉曼光譜的可視化呈現(xiàn)，為進(jìn)一步表征微生物的生化特性奠定了基礎(chǔ)。

“磁力刀”抑制腫瘤生長(zhǎng)研究

中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院強(qiáng)磁場(chǎng)科學(xué)中心研究員王輝、張欣與合作者利用磁溶劑熱法合成出海膽狀鎳納米粒子（UNNPs），實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)誘導(dǎo)下的腫瘤細(xì)胞凋亡以及腫瘤生長(zhǎng)抑制。研究論文發(fā)表于Chemical Engineering Journal。這種由磁性納米粒子組成的“磁力刀”不是傳統(tǒng)意義上的“刀”，它是一種磁場(chǎng)帶動(dòng)下的“機(jī)械力”，這種力量形似榨汁機(jī)在攪拌水果時(shí)產(chǎn)生的渦輪形力量，水果在渦輪力的作用下被攪碎，同理細(xì)胞在磁場(chǎng)機(jī)械力的作用下被攪碎直至死亡。UNNPs具有高飽和磁化強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)特異性等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)正常細(xì)胞以及生物體無(wú)明顯毒副作用。在低頻旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)下，UNNPs有效抑制了小鼠體內(nèi)乳腺癌的生長(zhǎng)。

協(xié)作機(jī)器人研究

中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所協(xié)作機(jī)器人研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于有限元子結(jié)構(gòu)法和正交設(shè)計(jì)的協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。研究論文發(fā)表于Structural and Multidisciplinary Optimization。研究人員采用全域彈性變形和一階固有頻率指標(biāo)評(píng)價(jià)機(jī)器人的整機(jī)剛度和動(dòng)態(tài)性能，進(jìn)而提出了一種協(xié)作機(jī)器人全域多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法以機(jī)器人彈性變形、固有頻率以及質(zhì)量等指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)，解決了協(xié)作機(jī)器人結(jié)構(gòu)優(yōu)化中存在的位姿及非結(jié)構(gòu)參數(shù)影響、多目標(biāo)耦合、計(jì)算速度與精度平衡等問(wèn)題，具有建模精度高、計(jì)算速度快、對(duì)各模塊的復(fù)雜形狀適應(yīng)性好等特點(diǎn)，有效提高協(xié)作機(jī)器人的剛度及動(dòng)態(tài)性能。

仿生微型手術(shù)機(jī)器人研究

同濟(jì)大學(xué)牽頭建設(shè)的上海自主智能無(wú)人系統(tǒng)科學(xué)中心微納無(wú)人系統(tǒng)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出仿生微型手術(shù)機(jī)器人，為超微創(chuàng)血栓清除提供新型醫(yī)療手段。研究論文發(fā)表于Advanced Materials。研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一類具有集群行為、模仿趨磁菌內(nèi)部磁小體有序結(jié)構(gòu)的微型機(jī)器人，其材料成分、接觸界面和控制方式都具有良好的生物相容性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方式和數(shù)值模擬解析了機(jī)器人內(nèi)部驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)、磁場(chǎng)強(qiáng)度及頻率對(duì)其運(yùn)動(dòng)能力的影響，結(jié)果顯示，其最高運(yùn)動(dòng)速度可達(dá)161.7微米每秒。在接收到磁場(chǎng)群體性控制命令后，負(fù)載溶栓劑的微型機(jī)器人可聚集在血栓部位，在高頻磁場(chǎng)控制下釋放溶栓藥物，進(jìn)行微血管溶栓。

仿趨磁菌軟體微型機(jī)器人的形態(tài)學(xué)表征（圖片來(lái)源于同濟(jì)大學(xué)新聞網(wǎng)）

仿趨磁菌軟體微型機(jī)器人的設(shè)計(jì)、制備、磁控及其微血管溶栓應(yīng)用示意圖（圖片來(lái)源于同濟(jì)大學(xué)新聞網(wǎng)）

近紅外二區(qū)熒光成像臨床轉(zhuǎn)化研究

中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所分子影像院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員田捷等成功研發(fā)出了新型近紅外二區(qū)熒光成像系統(tǒng)及手術(shù)導(dǎo)航技術(shù)，進(jìn)一步利用熒光探針吲哚菁綠（ICG），開展了近紅外二區(qū)熒光成像在人體肝癌成像上的應(yīng)用，解決了近紅外二區(qū)熒光成像臨床轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。研究論文發(fā)表于Nature Biomedical Engineering。新興的光學(xué)分子影像技術(shù)為圖像引導(dǎo)手術(shù)治療提供了新方法和新思路?？茖W(xué)家們一直在探索如何將熒光成像技術(shù)用于解決臨床問(wèn)題，但一直面臨諸多挑戰(zhàn)。這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)該技術(shù)可以術(shù)中發(fā)現(xiàn)其他影像模態(tài)難以發(fā)現(xiàn)的肝癌微小病灶和轉(zhuǎn)移灶，顯著提高手術(shù)切除的準(zhǔn)確性。

痛覺(jué)信息處理的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制研究

中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、上海腦科學(xué)與類腦研究中心、神經(jīng)科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員孫衍剛研究組發(fā)現(xiàn)臂旁核將脊髓上行的痛覺(jué)信息直接傳遞到丘腦板內(nèi)核而非杏仁核。研究論文發(fā)表于Neuron。該研究發(fā)現(xiàn)接收脊髓輸入的臂旁核細(xì)胞與丘腦板內(nèi)核而非杏仁核中的神經(jīng)元形成直接的興奮性突觸連接。這些研究結(jié)果表明，同側(cè)脊髓-臂旁核環(huán)路將來(lái)自脊髓的痛覺(jué)相關(guān)信息直接傳遞到丘腦板內(nèi)核而非杏仁核。該研究揭示了脊髓內(nèi)的痛覺(jué)相關(guān)信息上行傳遞的細(xì)胞和環(huán)路機(jī)制，為進(jìn)一步研究痛覺(jué)信息處理環(huán)路的可塑性和調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

人類利用立體嗅覺(jué)進(jìn)行導(dǎo)航

中國(guó)科學(xué)院心理研究所周雯研究組和張弢研究組合作，采用視覺(jué)光流刺激和純嗅覺(jué)氣味（不激活三叉神經(jīng)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，共216名受試者先后參與實(shí)驗(yàn)。研究結(jié)果發(fā)表于PNAS（美國(guó)科學(xué)院院刊）。研究論文證實(shí)，適度的鼻間氣味濃度差可有效偏移個(gè)體的自身運(yùn)動(dòng)方向知覺(jué)，使其認(rèn)為自己在向氣味濃度更高的那側(cè)行進(jìn)。這一效應(yīng)依賴于鼻間氣味濃度的比值，而非鼻兩側(cè)氣味濃度的數(shù)值差異，且發(fā)生在主觀意識(shí)層面之下，受試者并不能報(bào)告哪一側(cè)鼻腔聞到的氣味更濃。研究表明，人類擁有“立體嗅覺(jué)”，它在意識(shí)層面下指引我們的導(dǎo)航，這為人類嗅覺(jué)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和發(fā)展提供了思路。