科研发展动态2020年第1期

发布时间:2020/09/11 09:14:28 文章来源:本站

2020年第1期(总第1期)

要目

生命科学

1.欧洲根据已知基因序列合成新冠病毒助力疫苗开发

2.马斯克宣布已经找到高效实现脑机接口的方法

3.被特朗普大力鼓吹的ID NOW快速检测产品被质疑测试结果“不可信”


信息科学

1.蚊子的夜间导航机制启发了新型无人机避障系统

2.华为打造5G汽车生态圈

3.拆解华为Mate30看到美国影响

4.透镜天线纳入行业标准将对5G行业带来重大影响


材料科学

香港大学黄明欣团队开发出超级钢材料


生命科学

欧洲根据已知基因序列合成新冠病毒助力疫苗开发

来自瑞士、德国、俄罗斯等多家科研机构的研究团队在已知新冠病毒基因序列的基础上,首次在试验中通过反向遗传学手段从酵母菌中快速构建出了活的新冠病毒。

该团队发表的研究论文中提到,反向遗传学被认为是一种不可或缺的工具,它彻底改变了我们对病毒发病机制和疫苗开发的认识。


微评:实验室的病毒重建与病毒制造不是一个概念,前者必须有已知的基因序列,并且已经由疫情证明了病毒在对应基因序列下的活性。


马斯克宣布已经找到了高效实现脑机接口的方法

马斯克的脑机接口公司Neuralink发布了其首款产品“脑后插管的新技术”,该技术通过一台神经手术机器人,像微创眼科手术一样安全无痛地在大脑穿孔,向大脑内快速植入芯片,然后通过类似手机USB-C接口直接读取大脑信号,并通过智能装置来控制信号。


微评:脑机接口作为一项最前沿的研究领域,研究的是在人或动物脑与外部设备间建立的直接连接通路,以实时“翻译”意识,最终做到人类与人类之间、人类与机器之间自由传输思想、下载思维。脑机接口技术的发展一日千里,人类已经开始攀登脑机接口四层金字塔,逐级“改造”人类,实现人类进化:


1.脑机接口第一层金字塔--修复:通过心念操纵机器,让机器替代人类身体的一些机能,修复残障人士的生理缺陷。

2.脑机接口第二层金字塔--改善:通过脑机接口,改善大脑运行,让我们时刻就像刚刚睡了一个好觉醒来,精神抖擞、注意力集中、思维敏捷,能够高效清醒地去做一件事情。

3.脑机接口第三层金字塔--增强:通过脑机接口让我们短时间内拥有大量的知识和技能,获得一般人类无法拥有的超能力。

4.脑机接口第四层金字塔--沟通:有了脑机接口,人类不用语言,仅靠大脑中的脑电信号就可以彼此沟通,实现“无损”的大脑信息传输。



被特朗普大力鼓吹的ID NOW快速检测产品被质疑测试结果“不可信”

美国雅培公司新冠病毒检测套装是美国食品药品监督管理局(FDA)批准的44种检测套装(截至5月14日)之一,声称能在5分钟内得出新冠病毒阳性结果,13分钟内得出阴性结果,被称为“世界最快检测法”。雅培这套新冠检测装置是特朗普“钦点”的白宫“御用检测工具”,白宫将其作为重要的防疫手段,对总统、副总统等每日进行病毒检测。但纽约大学近日的一项研究发现,雅培的“干鼻拭子”新冠检测样本中漏掉了超过48%的阳性病例,雅培实验室的测试结果“不可信”。


纽约大学朗格尼医学院的研究人员对101位检测者进行鼻拭子取样,将雅培装置与另一家分子诊断公司Cepheid(赛沛)的检测结果进行了比较。Cepheid公司的检测发现101人中有31例呈阳性,用这31人的取样在雅培装置上检测,只有16人检测出阳性,“假阴性”率高达48%。即便研究人员换用更精确的鼻咽拭子进行检测,雅培检测的误诊率也达到1/3(鼻咽拭子和干鼻拭子都是从鼻孔中收集样本,但鼻咽拭子会更深入鼻腔)。


微评:雅培公司前后开发了4种新冠检测产品,其中最负盛名的ID NOW号称可在3-5分钟出结果,准确率达99%。这“5分钟”不仅打破了诊断试剂的历史记录,也给中国公众带来冲击,由此产生对中国检测速度和中国专家技术的各种误解,更有非诊断领域的专家推波助澜,使得误解加深。现在回过头来看,无论如何,面对突如其来的新冠疫情,全球的专家和学者都是初次面对,都需要民众的正确理解和理性容错。



信息科学

蚊子的夜间导航机制启发了新型无人机避障系统

由伦敦皇家兽医学院学院的Richard Bomphrey 教授领导的国际科学家小组,从蚊子飞行及在黑暗中着陆的能力中获得灵感,开发了一种新的避免碰撞的感知系统,并在四轴飞行器上进行了测试。小组研究了Culex quinquefasciatus蚊雄性体内的感觉机制,并找到了一种模仿这种昆虫利用气流探测障碍物的方法。


这项研究发表在《科学》杂志上。研究发现,与蝙蝠通过生物声纳系统导航不同,蚊子使用的是它们的翅膀、触角和气流的组合导航,利用“空气动力学成像”来构建周围环境的图像,从而可以绘制地面和其他障碍物的位置。


微评:这项研究成果不仅限于小型飞行器的运用,未来还可以扩展到大型直升机上,使它们在危险的低能见度条件下飞行的更安全。我们未来将生活在一个由飞行器和无人机完成更多工作的环境,这项技术将使我们的机器在靠近建筑物或其他基础设施的情况下更加安全的开展工作。


华为打造5G汽车生态圈

华为日前宣布与首批18家车企联合成立“5G汽车生态圈”,既包括了上汽、一汽、东风等传统乘用车企业和比亚迪、长城等民营车企,也出现了北汽新能源、宇通客车及T3出行等商用车及新兴出行企业的身影。华为称,5G汽车已经成为汽车产业发展的战略制高点和创新热点,5G技术的高速率、低时延和高可靠性将给智能网联、智能交通、自动驾驶等场景打开全新的想象空间。

消费者能够感知的全新驾驶体验、娱乐体验,以及人、车、家全场景体验是未来5G汽车的创新重点,是众多车企和华为共同发力的方向。


微评:汽车行业作为一个百年不变的行业,将要彻底被改变。未来不能联网的车,可能无人问津;不懂“思考”的汽车,在消费者眼里没有吸引力;作为代步工具的汽车的本质,也将彻底被颠覆;司机这个职业,或许已经到头;车祸会越来越少。汽车行业正处于变革前夜,随着5G技术的日益成熟和人工智能等技术的急速发展,汽车业正迎来史无前例的大变革。谁也不知道,未来的汽车究竟有多智能,但有一点我们知道,在这场变革中,中国企业将有机会成为行业主角之一。


拆解华为Mate30,看到美国影响

美国将华为技术列入禁运名单,至今年5月15日恰好一年。在对代表华为技术实力的最高端手机进行拆解后,发现在受到制裁之后,在Mate30 5G版中,中国产零部件的使用比例为41.8%,比美国制裁前上市的旧机型4G版提高了整整16.5个百分点。与此同时,在4G版中占比达到11.2%的美国零部件只剩下玻璃壳等极少部分,占总体的1.5%,几近于消失。从中可以看出,在美国发起制裁一年后,华为一方面不得不大幅调整采购对象,另一方面也加快推进零部件研发,明显具备了内部采购能力。


尤其是作为骨干零部件的芯片,成果显著。

华为通过自主研发提高采购能力,与其它竞争对手相比非常明显。例如全球销量排名第四的小米5G手机,美国产零部件占比为37.8%,与4G手机相比美国产零部件反而提高了12个百分点。OPPO和vivo等情况也基本相同,可以说与华为的零部件采购趋势完全相反。


微评:华为在这一年的时间里,面对美国的制裁,在硬件方面构筑了具备一定抗压能力的采购体制,但是在操作系统(OS)等软件方面还任重道远。华为一直以来基本采用谷歌的“安卓”操作系统,虽然,正在加紧研发自己的“鸿蒙”操作系统,但种种迹象表明华为还没有用“鸿蒙”直接替代“安卓”的底气。虽说华为今后仍会在软硬件两个方面继续加大独自研发的力度,但任正非表示华为还是真心希望美国解除制裁,大家继续合作。


透镜天线纳入行业标准将对5G行业带来重大影响

日前,相关部门批复同意将透镜天线纳入行业标准。经过2年时间,透镜天线终于冲破国内5G垄断利益集团设置的重重阻碍,获得相关部门的认可。就通信效率而言,5G和4G是相差无几的,因而采用了高频扩容、暴力堆料的方式提升网速。


以天线为例,从4G时代的4根天线提升到5G的128根、192根天线。在MIMO天线暴力堆料,进而需要配属大量尖端射频芯片和配套天馈系统、散热系统,导致成本、功耗飙升。在行业内,5G基站的短板被调侃为“覆盖、成本、功耗三个3”,也就是3倍成本、3倍功耗、1/3覆盖。而新纳入行业标准的透镜天线比传统5G的MIMO天线,电费节约30%,加上RRU、BBU、天馈系统、散热系统等简化后又能大幅降低能耗,这会使采用透镜天线的新型5G基站能耗大幅降低,有望降低到与4G基站相差不大的水平。


另外,能耗大幅降低后,又可以免去大规模的电网改造成本。这样一来,采用透镜天线后,能够克服现阶段5G覆盖、成本、功耗三大难题,补足现阶段5G的短板。透镜天线升级方案相较于MIMO天线方案而言,在用户体验更好的情况下,把基站数量削减了50%,把天线和RRU数量削减了75%,基站的运营成本(租金、电费、人工维护费)减少了一半以上,而且撤下的设备还可再利用。


微评:正是因为5G单基站覆盖范围有限,基建成本、维护费用过于高昂,因而电信运营商正在积极探索5G低成本部署方式。为了削减成本,过去一直奉行自建网络的运营商开始抱团取暖,移动与广电合作,电信则与联通合作。


材料科学

香港大学黄明欣团队开发出超级钢材料

香港大学机械工程系黄明欣教授领导的团队和柏克莱大学、美国劳伦斯柏克莱国家实验室的Robert O. Ritchie教授团队合作,成功突破超高强钢的屈服强度——韧性组合极限,研发出同时具备极高屈服强度、极佳韧性、良好延展性兼低成本的超级钢。


在科学层面,团队发现超级钢具有非常独特的断裂方式——在主裂纹下方形成很多微小裂纹,这些微小裂纹能有效吸收由外力引致的能量,从而大幅提高钢材的断裂韧性,远高于目前使用的钢材料。团队开创性地提出“晶界分层开裂增韧”- 通过增加材料屈服强度以启动新的增韧机制,大幅提高钢材料的韧性。该技术不但解决了强度和韧性之间的矛盾,还具有制造方法简单及低成本等众多优势,可通过轧制与热处理等工业界广泛使用的加工方法制造,无需额外复杂工序。


微评:钢材高韧性是工业化应用的前提条件,该研究成果使超级钢的工业化应用往前迈进了一大步。这种超级钢材具备广阔的应用潜力,可用于制造高级防弹衣、高强桥梁缆索,并在汽车及装甲运兵车的轻量化、航空航天和建筑领域的高强螺栓和螺母等方面有着广泛应用前景。