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上海理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在全光推理全息納米結(jié)構(gòu)研究方面取得新成果

2021 年3 月3 日，上海理工大學(xué)未來光學(xué)實(shí)驗(yàn)室人工智能納米光子學(xué)中心顧敏院士團(tuán)隊(duì)在國際權(quán)威雜志《光：科學(xué)與應(yīng)用》上發(fā)表論文，在納米加工技術(shù)領(lǐng)域提出了全光推理全息納米結(jié)構(gòu)研究方案。此項(xiàng)研究得到上海張江國家自主創(chuàng)新示范區(qū)專項(xiàng)發(fā)展資金重大項(xiàng)目資助。

如今，通過人臉識(shí)別解鎖智能手機(jī)已是生活日常，然而人們很少了解這背后是一個(gè)耗時(shí)耗能的過程：首先由傳感器收集人臉光學(xué)信息并將其發(fā)送到計(jì)算機(jī)中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，視覺信息通過電子硬件轉(zhuǎn)化為電子信息后再顯示畫面信息。顧敏團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研究出一種緊湊型光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的新概念，這種光學(xué)衍射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行全光推理并可與商用CMOS 傳感器直接集成。這一技術(shù)省略了傳統(tǒng)的由光到電的轉(zhuǎn)換過程，讓光學(xué)信息處理直接在光域內(nèi)完成?？焖?、高效節(jié)能的功能性光電器件可以應(yīng)用于安全檢查、醫(yī)療影像、智能駕駛、藝術(shù)品鑒賞和衛(wèi)星圖像處理等領(lǐng)域，與現(xiàn)有解決方案相比，其占用空間更小、能耗更低、成本更低。

論文第一作者、上海理工大學(xué)特聘研究員艾蓮娜·高伊（Elena Goi）介紹道：“我們利用納米打印的可見光和近紅外波段的推理感知器的計(jì)算能力上限為400 ExaFLOPS，這項(xiàng)技術(shù)與毫米波、微波等波段運(yùn)行的衍射設(shè)備和集成光子硬件相比，算力提高了3 到5 個(gè)數(shù)量級；在單層納米尺度每平方厘米部署超過5億個(gè)神經(jīng)元，密度達(dá)到人類大腦神經(jīng)元的1/400?！?/p>

“采用超分辨3D 納米加工技術(shù)，我們可以將AI 光學(xué)器件直接集成到現(xiàn)有的成像傳感器中?！?顧敏院士表示，“這相當(dāng)于在成像傳感器上放置量身定制的、針對特定任務(wù)的智能眼鏡，可以在檢測到傳入的光學(xué)信息之前對這些信息進(jìn)行處理?！?/p>

杭州電子科技大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)微流控芯片“縮小”醫(yī)療檢測設(shè)備

杭州電子科技大學(xué)副教授王駿超團(tuán)隊(duì)在微流控研究領(lǐng)域的研究有望打開醫(yī)療檢測設(shè)備小型化芯片設(shè)計(jì)制造的“快捷之門”。相關(guān)研究成果發(fā)表于2021 年第2 期《芯片實(shí)驗(yàn)室》（Lab on a Chip），并被英國皇家化學(xué)學(xué)會(huì)中文官微頭條推介。

隨著新冠疫情在全球的暴發(fā)，核酸檢測設(shè)備的體積和速度引起廣泛關(guān)注。讓醫(yī)療檢測設(shè)備小型化、便攜化，并加快檢測速度成為醫(yī)學(xué)發(fā)展重要方向。王駿超從事的微流控研究就是致力于讓醫(yī)療檢測設(shè)備小型化。

微流控是一種芯片，它與一般集成電路芯片的不同之處在于后者通過硅、銅材質(zhì)的電路圖電壓運(yùn)行工作，而前者則通過樹脂、玻璃等聚合物里的液體壓力差運(yùn)行工作。

用微流控芯片做液體檢測，優(yōu)勢是液體樣本量變小，反應(yīng)體芯片也很小，流體在微米級別的大小會(huì)變得更可控。

流體到達(dá)微流控里的反應(yīng)區(qū)，經(jīng)過小型閥門的控制發(fā)生生化反應(yīng)，傳感器件會(huì)解碼液體里隱藏的信息，能檢測是否感染病毒等。驗(yàn)孕棒就是用了微流控原理。

王駿超發(fā)表在Lab on a Chip上的封面論文，最大的創(chuàng)新點(diǎn)在于其大幅提升了微流控芯片仿真速度，相比傳統(tǒng)微流控芯片仿真設(shè)計(jì)速度可以提高51,600 倍，從而大幅縮短微流控芯片設(shè)計(jì)時(shí)間。

王駿超認(rèn)為，微流控在醫(yī)療檢測設(shè)備小型化、家庭化上“會(huì)有前途”。隨著微流控應(yīng)用擴(kuò)大，民眾在家里就能通過微型檢測設(shè)備檢測唾液、汗液、尿液，而不用去醫(yī)院。

之江實(shí)驗(yàn)室與浙江大學(xué)合作的仿生深海軟體機(jī)器人研究取得新成果

2021 年3 月4 日，國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）以封面文章的形式刊發(fā)了由之江實(shí)驗(yàn)室與浙江大學(xué)合作的仿生深海軟體機(jī)器人最新研究——馬里亞納海溝的自驅(qū)動(dòng)軟體機(jī)器人（Self-powered soft robot in the Mariana Trench）。

該研究團(tuán)隊(duì)率先實(shí)現(xiàn)了軟體機(jī)器人的萬米深海操控以及深海自主游動(dòng)實(shí)驗(yàn)。其主要研究方向?yàn)檐浳镔|(zhì)力學(xué)、智能材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、軟體機(jī)器人、水下智能裝備、醫(yī)療康復(fù)裝置等，提出通過控制力電失穩(wěn)實(shí)現(xiàn)極大電致變形的驅(qū)動(dòng)理論。在Sciennce Advances、Advanced Materials等期刊上發(fā)表論文50 余篇，論文被引用2,000 余次，并獲得國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金、中國科協(xié)青年人才托舉工程、科學(xué)探索獎(jiǎng)（前沿交叉領(lǐng)域）、麻省理工科技評論科技創(chuàng)新35 人（MIT TR35-China）等榮譽(yù)。

復(fù)旦大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)發(fā)明可穿在身上的“顯示器”

復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系教授彭慧勝領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)成功將顯示器件的制備與織物編織過程實(shí)現(xiàn)融合，在高分子復(fù)合纖維交織點(diǎn)集成多功能微型發(fā)光器件，揭示了纖維電極之間電場分布的獨(dú)特規(guī)律，研制出大面積柔性顯示織物和智能集成系統(tǒng)。相關(guān)研究成果3 月11日在線發(fā)表于《自然》。

實(shí)驗(yàn)顯示，該方法可以將發(fā)光器件制備與織物編織過程相統(tǒng)一，利用工業(yè)化編織設(shè)備，制成長6 米、寬0.25 米、含約50 萬個(gè)發(fā)光點(diǎn)的發(fā)光織物，發(fā)光點(diǎn)之間最小間距僅0.8 毫米，能初步滿足部分實(shí)際應(yīng)用的分辨率需求。

團(tuán)隊(duì)通過熔融擠出方法制備了一種高彈性透明高分子導(dǎo)電纖維。彭慧勝教授介紹，在兩根纖維發(fā)生相對滑移、旋轉(zhuǎn)、彎曲的情況下，交織發(fā)光點(diǎn)亮度變動(dòng)范圍仍控制在5%以內(nèi)，顯示織物在對折、拉伸、按壓循環(huán)變形條件下亦能保持亮度穩(wěn)定，可耐受上百次的洗衣機(jī)洗滌。

除顯示織物之外，研究團(tuán)隊(duì)還基于編織方法研制出光伏織物、儲(chǔ)能織物、觸摸傳感織物與顯示織物的功能集成系統(tǒng)，使集能量轉(zhuǎn)換與存儲(chǔ)、傳感與顯示等多種功能于一身的織物系統(tǒng)成為可能。極地科考、地質(zhì)勘探等野外工作場景中，只需在衣物上輕點(diǎn)幾下即可實(shí)時(shí)顯示位置信息，地圖導(dǎo)航由“衣”指引；把顯示器“穿”在身上，語言障礙人群也可高效便捷地進(jìn)行交流和表達(dá)，這些原存于想象中的場景或許在不遠(yuǎn)的將來就能走進(jìn)人們的生活。