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新神经算法芯片有了“嗅觉”

20200317  来源:科技日报北京316日电 (记者张梦然)

 

  英国《自然·机器智能》杂志16日发表的一项人工智能研究,英特尔神经形态计算实验室以及康奈尔大学的联合团队报告称,他们实现了一种设计用来模拟生物嗅觉的神经算法。这项成果意味着一种强大方法的出现,在此基础上,未来可开发出超越当前人工智能趋势的新算法。

  神经形态计算能够大幅提升数据处理能力和机器学习能力,能耗和体积都非常理想,被认为是高性能计算的下一发展阶段。而神经形态芯片的设计,是使用受大脑启发而形成的计算机器,即通过创造由人工神经元和突触组成的网络来实现。但是,目前仍不明确的是,如何利用这种机器解决现实问题。这主要是因为我们对在生物神经回路层面实现的算法了解还不够透彻。

  此次,英特尔神经形态计算实验室科学家纳比尔·伊姆艾姆和康奈尔大学心理学系计算生理学实验室研究人员托马斯·克莱兰德,在英特尔“Loihi”神经形态系统上,描述了一种基于哺乳动物嗅觉系统的神经算法,可以学习并鉴别气味样本。研究团队之后在一个神经形态系统中,实现该神经算法,并利用甲苯、氨、丙酮、一氧化碳和甲烷等,对其进行气味训练,最后在风洞中通过传感器的数据进行测试。

  该研究结果有助于理解哺乳动物嗅觉以及改进人工化学感知系统的计算特征。这些发现也意味着,改造此类生物神经系统,或代表了一种可以开发出超越当前人工智能趋势算法的新方法。

  研究人员表示,该算法适用于将高维信号嵌入未知背景的任何信号识别问题,还可以有助于未来在应用程序中,训练人工鼻子在未知背景气味的情况下识别特定气味。

  此前,英特尔的首款神经拟态芯片“Loihi”可以通过脉冲或尖峰传递信息,并自动调节突触强度。其利用环境中的各种反馈信息进行自主学习、下达命令,被认为与人类大脑运行机制相似。

  总编辑圈点

  神经形态计算一直被寄予厚望。就算摩尔定律终结,它仍能继续带领信息时代向前。神经形态计算可以大幅度提升数据处理能力和机器学习能力,更重要的是,神经形态芯片比传统芯片的能耗要低得多。不过,它到底能做些什么?研究者如今开发了一种模拟生物嗅觉的神经算法,它可以学习和鉴别气味样本。每一个可能的突破,都会让科研人员离使用一种新的能力更近一步。当然,在研究人工智能的同时,我们也能发现,人类大脑真神奇,所有的模拟和突破都这么费劲。

 


 

阻击超级细菌 我科学家从抗菌肽找到思路

20200108日来源:科技日报

 

近年来,由于广谱抗生素、抗菌药物的大量使用或滥用,各种耐药性细菌或真菌随之大量涌现,每年全球有近100万人死于无法用普通抗生素治疗的细菌感染;同时,由于新型抗菌药物研发能力不足,各种细菌本身耐药基因可横向传播,使现有抗生素的治疗效果大大降低, 人类有可能面临无有效抗生素可用的威胁。

为破解这一威胁,全球科学家一直在努力。日前,中科院昆明动物研究所天然药物功能蛋白质组学课题组赖仞研究员和张治业副研究员等人设计改造了一种强抗菌活性、高稳定性和低毒性的抗菌肽——ZY4,为应对当前越来越严重的耐药性鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌的传播及感染问题提供了良好的候选药物分子,也为设计高效低毒的抗菌肽提供了参考新策略。研究成果在线发表于《美国国家科学院院刊》上。

超级细菌威胁人类健康

我们知道,在与抗生素等药物长期、反复作用下,占多数的敏感菌株不断被杀灭,耐药菌株大量繁殖代替敏感菌株,使细菌对药物的耐药率不断升高;同时,耐药基因会在微生物间相互传播,导致了细菌或真菌耐药的情况越来越严重。人们将那些对多种抗生素具有耐药性的细菌形象地称为超级细菌。超级细菌不是特指某一种细菌,而是对演化了的多重耐药性细菌的泛称,这类细菌对现有抗生素具有强大的抵抗作用。

目前,受到广泛关注的超级细菌主要有耐甲氧西林金黄色葡萄球菌、耐多药肺炎链球菌、万古霉素肠球菌、多重耐药性结核杆菌、多重耐药鲍曼不动杆菌以及最新发现的携带有NDM-1基因的大肠杆菌和肺炎克雷伯菌等等。由于大部分抗生素对它们无能为力,因而对人类健康构成了极大危害。

2017227日,世界卫生组织(WHO)在日内瓦发表了首份抗生素耐药重点病原体清单,这是一份对人类健康构成极大威胁的12种细菌种族目录。WHO指出,制定清单的用意在于指导和促进新型抗生素的研究与开发。

这份清单是用来确保研发工作面向公共卫生紧急需求的新工具。抗生素耐药性问题不断加重,我们的治疗选用办法正在快速耗尽。如果仅仅依靠市场力量来解决问题,我们最迫切需要的新型抗生素将无法及时开发出来。时任WHO系统和创新助理总干事玛丽-保罗·基尼博士表示。

抗菌肽杀菌快速且很难导致耐药

在世卫组织上述12超级细菌清单中,鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌被列为极为重要级。鲍曼不动杆菌及绿脓杆菌典型的特性就是对碳青霉烯类药物耐药,是造成很多重病患者死亡的直接原因。张治业告诉科技日报记者,对碳青霉烯类抗生素耐药的鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌的出现,引起了人们对无法治疗的感染的担忧。

德国蒂宾根大学传染病处处长以及清单制定主要贡献者伊夫琳娜·塔科内利教授曾表示,针对这种病原体优先列表获得的新型抗生素将有助于减少世界各地因耐药感染造成的死亡。继续等待将会带来更多公共卫生问题,并对病人治疗产生很大影响。

中国科学家针对头号超级细菌主动出击。抗菌肽是一类具有抗菌活性的多肽类小分子,因其杀菌快速且很难导致微生物耐药受到全世界的关注,可用于新型抗菌候选药物分子的研发。赖仞研究员带领的团队识别了1000多个抗菌肽,并在此基础上进行了抗菌肽的结构功能改造,以提高抗菌活性、降低毒性和成本。ZY4是该团队最近设计改造的抗菌肽,具有强抗菌活性、高稳定性和低毒性。ZY4是一个由二硫键构成的环状肽,在体内具有很高的稳定性,半衰期为1.8小时,对耐药鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌显示高效快速的杀菌活性。同时ZY4  对这两种细菌的生物膜及滞留菌也有显著的清除作用,其综合抗菌效果明显优于妥布霉素、 左氧氟沙星、卡那霉素及头孢替坦等传统抗生素。ZY4长期使用不易产生耐药性,亚抑菌浓度的ZY4与鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌持续作用60代后,ZY4对这两类菌的抑菌作用未见明显改变。

值得注意的是,在小鼠败血症感染模型中,ZY4降低了对绿脓杆菌肺部感染的敏感性,也抑制了绿脓杆菌和鲍曼假单胞菌在靶器官的传播。这些发现表明,ZY4是抗多药物耐药细菌感染的理想候选药物分子。

ZY4抗菌肽源于自然超于自然

为提升对超级细菌的作战能力,科学家们一方面通过研发新型抗生素或抗菌分子,另一方面也改造传统的抗生素,使其活性得到提升或通过不同靶点发挥抗菌活性。遗憾的是,目前仅有少数几个新型抗生素处于临床开发阶段。与传统的抗生素不同,抗菌肽是一类由氨基酸组成的多肽类小分子,具有杀菌快速且很难导致微生物耐药等特性,是良好的抗菌候选药物分子。

我们团队长期从事抗菌肽研究。截至目前,我们通过分离纯化结合基因鉴定及转录组分析等手段,鉴定识别了1000多个来自两栖类、爬行类及昆虫等动物体内的抗菌肽。张治业告诉记者,近期,他们在天然抗菌肽的基础上,根据课题组多年的研究经验,并结合部分文献的报道,通过氨基酸的替换、结构修饰等手段,设计改造获得了ZY4

张治业认为,改造抗菌肽的关键问题,是保持其已有的抗菌活性,并最大程度地减小毒性,增强稳定性,同时通过缩短肽链长度以实现成本最低化;而难点与创新点则在于如何提升抗菌肽的活性和增加特异性,这一方面来自于天然抗菌肽本身的特性,另一方面取决于不同细菌本身的性质,如革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌在细胞壁和细胞膜差别巨大,就可以根据这一特点,针对不同类型的细菌,通过设计改造来优化抗菌肽。

用类似的方法并结合我们的经验,我们也希望开发出针对其他超级细菌的抗菌肽。张治业表示,但ZY4作为候选药物分子,走向临床应用还有很长的路要走,还需要提供详细的药理、药效、毒理研究、药代动力学及药学研究等用于临床批文的申报;即使拿到了药物临床批文,也须经过期到期临床研究的考验。我们的这项研究,其重要意义主要在于为应对当前越来越严重的耐药性鲍曼不动杆菌和绿脓杆菌的传播及感染问题提供了良好的候选药物分子,也为设计改造抗菌肽提供了思路和参考方法。

 


 

与网络密不可分的新职业

原题:我的工作在线上(大数据观察·网聚青年力量)

来源:20200108日人民网-人民日报记者      姜晓丹   

 

  互联网的普及和数字经济的发展,正不断创造出一批与网络密不可分的新职业。这些新职业形式新颖、工作时间灵活,深得年轻人青睐。从事网络新职业的青年,置身互联网发展的浪潮,迎接全新的挑战,也收获了不一样的成长。让我们走近网上新青年,倾听网络新职业背后的精彩故事。

 

  智能制造工程技术人员、虚拟现实工程技术人员、人工智能训练师、全媒体运营师……日前,中国就业培训技术指导中心发布《关于拟发布新职业信息公示的通告》,其中许多新职业都与互联网相关。因而生的这些新职业,成为许多年轻人的新选择。  

  数据标注员——

  我的工作就是教人工智能自主识别卫星图像

  河流”“房屋”“道路”“地面”“森林”“矿山”……位于河北省秦皇岛经济技术开发区的中科遥感公司内,李新平正坐在电脑前对遥感影像进行勾画,标注出影像中的地理信息。

  27岁的李新平是一名人工智能数据标注员。我的工作就是教人工智能自主识别卫星图像。要想实现人工智能,需要数据标注员标注大量数据供计算机学习。李新平说,计算机本身并不会识别事物,需要不断进行学习才能部分实现人的认知功能。例如,要学会如何辨认房屋,就需要数据标注员将影像中的房屋标注出来,计算机通过学习大量的、不同形态的有房屋特征的图像,才能实现自主辨认识别。

  数据标注是一个精细活。首先要将卫星传回的影像进行拼接,删去重叠的部分,合成一张完整图像。数据标注员分工将道路、房屋、河流、地面等信息勾画出来。不同角度、不同场景、不同形态下的事物都需要一一标注,这样才可以给人工智能提供详实的样本。李新平告诉记者。

  到这里,标注工作还不算结束。李新平和同事还会对标注出来的图像进行符号化处理,用专业的符号对地理信息进行可视化、规范化、抽象化处理。李新平说,这些都是人工智能的训练样本。人工智能根据这些数据进行深度学习,从而实现智能化。

  人工智能通过数据标注员实现学习,而数据标注员本身也要不断学习。李新平本科学习的专业是城乡规划,从事数据标注工作已有两年多时间。人工智能的飞速发展衍生出很多新职业,数据标注员的需求量也在不断增长,作为人工智能产业的重要组成部分,我们需要跟随产业发展不断学习。李新平说。

  智能客服训练师——

  让网店智能客服更懂顾客,发挥出更大的价值

  1997年出生的朱鑫燚,是一名训练师,她训练的对象,叫店小蜜,是某互联网电商平台的机器人智能客服。

  跟机器人打交道,与跟人打交道有什么不一样?朱鑫燚觉得,她还是在跟人打交道。在我看来,店小蜜不是冷冰冰的机器人,更像是人们的购物小助手,而训练师就是帮助店小蜜找到最适合某类网店的工作模式,让网店智能客服更懂顾客,发挥出更大的价值。从匹配问题与答案,到分析数据,再到提高转化率,虽然工作内容听起来高大上,朱鑫燚却觉得,能够为别人提供一点帮助,是我想要一直坚持下去的动力。

  智能客服训练师是个辛苦活。有一年的网上购物节,朱鑫燚为了优化智能客服的服务效果,前前后后忙碌了差不多两个月。从事先配置到临时修改,从活动规则确认到附加信息调整,一遍遍修改,一遍遍完善。

  两个月的努力没有白费,与前一年同期相比,她训练出的智能客服服务的某化妆品网店,在咨询量上升的同时,临时客服从400名减少至200名,超过75%的问题由机器人承接,转化率达到45%,提高了10个百分点。不仅如此,店小蜜专业、准确、高效的回复,为店家节省了一半的相关成本。

  智能客服训练师不是只要把答案机械地传授给机器人就可以了,而是要思考如何让智能客服在店铺应用中表现得更好,这就需要多个部门的联动和沟通。朱鑫燚说,自信、细心、成就感,训练师这个岗位带给我的,还有很多。

  网络问诊村医——

  乡亲们生了病,我可以在线进行初步诊断

  在江西省南丰县市山镇官塘村,每周一到周五下午3点到5点,村医汤娟都会打开当地开发的智慧医疗APP,为离得较远的村民进行在线诊疗。

  整个行政村比较大,村小组之间离得远,有了这个系统,乡亲们生了病,我可以在线进行初步诊断。一般的头疼脑热,叮嘱大家多休息,或者用点常用药。如果有比较严重的问题,就会建议进一步诊治。汤娟说。

  有一次网络问诊中,一位老人发热4天,还伴随有头晕、呕吐。既不像一般的发烧,也不像常见的高血压等问题,之前没遇到过这种情况。” 汤娟不敢耽误,赶紧通过APP连线上级医院的医生。县人民医院的医生问了患者病史,又问了是不是最近在户外干过活,得到肯定的回答后,马上进行了视频问诊。当患者把摄像头对准自己的腋窝和腹股沟后,真相终于浮现了。只见这些地方有一些焦黑色的痂,周围还有一圈红晕。经验丰富的县医院医生判断,这是恙虫病的表现。

  这种病严重的可能导致器官衰竭,危及生命。汤娟说,如果不是通过在线医疗及时确诊,后果真的不好说。

  就这样,在一次次的在线诊疗中,汤娟不仅帮助了乡亲们,还学到了很多。南丰县还规定,每完成一例村民注册和一例检测项目,医生都有相应的奖励。在线诊疗的病人越多,收入就越高。现在能到两三千元一个月,获得感明显增强了。汤娟说。

  家人以前一直担心我在村里留不住,干不好。自从当上了网上村医,待遇提高了,技术也提高了,有了这个平台,我有信心会越干越好。汤娟说。

 


 

“鹊桥”又有新动作

三根天线探秘宇宙黑暗时代

20191210  来源:科技日报

 

自顺利着陆月球背面以来,嫦娥四号着陆器和玉兔二号月球车的一举一动都备受关注。事实上,我们能得知它们的动态,多亏鹊桥号中继星架起的通信桥梁。

在提供通信中继服务的同时,鹊桥号中继星还肩负着多项科学与技术实验任务。日前,嫦娥四号任务工程团队对鹊桥号中继星上所搭载的中-荷低频射电探测仪(NCLE)载荷实施了载荷三根天线展开工作。

此次天线的展开标志着NCLE载荷正式进入科学探测阶段,且成为目前距离地球最远、可长期工作的空间射电天文台。负责领导NCLE中方团队的中科院国家天文台研究员平劲松在接受科技日报记者采访时说道。

聆听宇宙深处的声音

传回的图片显示,在不同角度竖起三根天线的鹊桥号仿佛变身成天线宝宝,竖起了耳朵。可别小瞧这三根天线,它们将聆听来自宇宙深处的声音,帮助科学家破解宇宙黑暗时代的一些谜团。

宇宙大爆炸后,温度非常高,密度也非常大,几乎处处在发光。紧接着,宇宙进入了一个不发光的时期,即黑暗时代。这一时期,宇宙中充斥着大量的中性氢,发光的第一代恒星还没有形成。

为了探寻黑暗时代的遗迹,天文学家一直都在寻找原始的中性氢气中,电子自发反转自旋方向时发出的信号。这些信号在诞生之初本来是波长较短的射电波,但在130亿年的漫长旅行中,宇宙的膨胀效应使它们变成了波长很长的低频波。

想要探测到这一低频波信号,需要在非常安静的电磁环境中去倾听,月球背面及其上空正好是一个理想场所。平劲松表示,中荷两方科学家都希望,随着NCLE载荷的正常运转,我们可以更多地了解关于宇宙黑暗时代的未知信息。

科学家不仅希望找到来自黑暗时代的低频射电信号,还迫切想知道,宇宙大爆炸之后,这些信号在宇宙中的分布情况,比如是否是均匀分布。不少专家认为,其分布状态很可能是不均匀的,如果能找到分布不均匀性的证据,将是一个重要发现。

当然,想要证明其不均性,仅仅靠NCLE载荷难以实现,需要成百上千的类似天线组成阵列才有可能做到,这也是未来努力的方向。在未来宇宙学领域的低频射电探测方向上,NCLE更多的是扮演探路者的角色。平劲松说道。

问路系外行星射电探测

行星射电爆发的探测和研究,是天文学和地球物理学的一个交叉领域。行星射电爆发并不遥远,事实上,在极光发生区域的上空,还存在地球射电爆发现象。

不只是地球,太阳系内五颗行星都有类似的射电爆发。这些行星辐射的千米波电磁波,频率范围分布在100千赫兹到1200千赫兹之间,爆发时长从几秒到几分钟、几十分钟不等。

尽管行星射电爆发的现象常见,但关于它们的辐射机制却没有定论。平劲松介绍,对太阳系行星射电爆发进行监视监测是NCLE的重要任务之一。对地球、木星射电爆发展开长期系统研究,有助于进一步揭示这些爆发辐射的极光功率和太阳风动力学功率之间的关联。

此外,研究地球和木星射电爆发的射电天文学家们猜测,既然地球和木星在射电波段是如此的耀眼,是不是可以利用已知的行星射电辐射知识,在光学以外的其他波段来探测系外行星?

然而,想探测诸如木星大小的系外行星的射电辐射,需要探测器拥有强大的探测能力。当前的射电望远镜阵列只能探测到距离我们一光年的类木星射电爆发强度的信号。这远小于地球与离太阳系最近的比邻星之间的距离。

因此,想探测更远的系外行星,其磁场必须能产生更强的射电信号,例如比木星体积大10 100倍的类木行星,其信号才有可能被探测到。另外,只要恒星的磁场强度足够强,这个恒星系统就能产生比木星亮一百万倍的射电爆发。

迄今为止,使用低频射电望远镜寻找来自系外行星的第一束射电波的尝试还没有成功。平劲松认为,NCLE对木星和地球的射电爆发探测,将为后续探测方法的优化、探测能力的提升,提供新的线索和途径。

天地配合展开协同观测

虽然是目前距离地球最远的空间射电天文台,可NCLE并不孤独。它将与地面和空间的其他射电观测设施进行协同观测,展开多信使的天文学研究。

什么是多信使天文学研究?平劲松以太阳射电爆发为例说道,太阳发出的电磁波辐射通常覆盖了比较宽的频带,从毫米波一直到千米波。就整个辐射过程而言,不仅需要探测高频波段,地面探测不到的低频部分也需要空间设施进行探测。多个设施的联合观测,有利于实现对同一事件的完整观测。

此外,有些频点,天上和地面的设施都能观测到。一般而言,地面上的设施,标定更为精准,通过其观测结果可以对天文事件进行反演。对同一时点地面和空间观测的结果进行比对,可以对空间设备进行校准和定标,这也是另一个层面的协同。

具体而言,NCLE载荷如何与其他观测设施展开协同呢?平劲松介绍,在空间,NCLE载荷与嫦娥四号着陆器搭载的低频射电频谱仪,构成了月球表面和空间的一对可以独立和协同工作的射电天文台。这两者的协同在项目提出时就已经安排和规划了。

在地面上,NCLE将和位于荷兰的LOFAR低频射电天文阵列、中科院国家天文台明安图天文基地、中科院云南天文台的太阳射电望远镜,以及位于山东省威海市的山大威海分校的太阳射电槎山观测站一起配合月球的两个空间天文台开展协同观测。

协同方式包括同时在调频(HF)、甚高频(VHF)和特高频(UFH)等频带开展太阳射电爆发的频谱搜寻监测;在HF频带针对预期的木星射电爆发开展同步探测;择机开展地月40多万公里上HF频带空间干涉测量的技术试验验证,以及测量木星爆发事件的空间精密位置等。

支撑灾害性空间天气预警

对太阳爆发活动产生的低频射电辐射进行监测,研究其规律特性是NCLE的科学任务之一。

典型的太阳爆发活动包括耀斑和日冕物质抛射,其产生的带电粒子流以太阳风的形式在行星际旅行,对地球磁场产生扰动。日冕物质抛射(CME)驱动的激波压缩地球磁层时,可能会导致地磁暴的发生。

令人印象深刻的是,1989年,一次CME所引发的强磁暴袭击了加拿大魁北克地区的电网,导致该地区出现大范围的断电事故,直接影响600万居民。

了解CME激波在日冕和行星际空间的运动过程,有助于对灾害性空间天气进行预报预警。然而,激波很难被观测到。为了捕捉它的轨迹,科学家找到了它在日冕和行星际空间运动的示踪器”——型射电暴。

“NCLE型射电暴的观测可以从离日心距离最近的日冕层部分一直延伸到行星际空间。平劲松介绍,利用地基观测设备和NCLE型射电暴的运行轨迹进行联合观测,示踪CME激波在日冕和行星际空间的运动过程,将为灾害性空间天气的预警预报提供重要支撑。

 


“腊八蒜”里发现三种新型活性肽

20190919  来源:科技日报

 

20190919  来源:科技日报讯 (陈曦 通讯员焦德芳)

  日前,天津大学陈海霞教授的天然药物化学团队从我国传统美食“腊八蒜”中首次发现3种新型活性肽,这些活性肽具有显著抑菌性,有望成为抗生素替代品。相关成果已作为国际科学期刊《食品功能》封面文章发表。

  抗生素的发现和应用是人类医学史上的一大革命。但随着临床广泛使用,在很多国家都存在着滥用、误用抗生素的现状。药物滥用使细菌迅速适应了抗生素环境,各种“超级细菌”相继诞生,严重危害人们健康。寻找安全有效的抗生素替代品是解决“细菌耐药性”这一全球医疗问题的有效途径之一。

  活性肽被称为动植物体内的“化学信使”,调节着机体生长、发育、繁殖、代谢和行为等生命过程。陈海霞教授团队长期聚焦食品中各类功能成分对人体的保健和治疗作用。此次,他们在中国传统食品“腊八蒜”中发现并鉴定出3种全新的活性肽,并对其抑菌活性及作用机制进行了深入研究。研究表明,这些活性肽作用于细菌时,能够以“桶状孔道模型”和“地毯模型”的作用机制,在细菌细胞表面形成孔道,破坏细菌细胞膜,造成细胞内容物泄露,从而达到抑菌的目的。

  “新型活性肽广泛的生物学活性显示了其在医学上良好的应用前景。”陈海霞教授团队的高旭东博士介绍,新型活性肽不仅抑菌活性较好,且具有低毒性、不易产生耐药菌的特点,有望成为适合人体的安全有效的抗生素替代品,相关研究成果为进一步开发、应用天然抗菌肽药物提供了理论依据。目前该项研究得到国家自然科学基金、天津市科学技术基金等多项基金的支持。

 


 

追寻粒子世界的“隐世高手”

刘 霞

20190827  来源:科技日报

 

江门中微子探测器示意图:球形的中微子探测器置于水池中心,上下与四周均被2米以上的水包围以屏蔽本底,在水池顶部采用径迹探测器作为反符合探测器,钢网架上安放光电倍增管以探测中微子。图片来源:江门中微子实验官网

轻如尘、快似光,能够轻易穿越各种物体,还能时不时“变身”——中微子无疑是基本粒子世界里的“隐世高手”;此外,它们或许还隐藏着有关宇宙大爆炸的绝世秘密。正因如此,任何关于它们的线索都可谓价值连城。

据日本媒体近日报道,日本文部科学省将建设探测中微子的下一代“顶级神冈”(Hyper-K)探测器,计划于2025年后投入使用,旨在揭示宇宙起源和物质诞生等谜团。

中国科学院高能物理学家曹俊研究员对科技日报记者说:“中微子探测器需要一个极干净的环境:需要放在很深的地下,用岩石阻挡宇宙射线;需要泡在水中,用水来阻挡来自岩石、空气等的天然放射性。”他介绍,除了“顶级神冈”,中国江门中微子实验(JUNO)装置以及美国“深部地下中微子实验”(DUNE)设施也分别将于2022年和2026年“上岗”,这三大中微子实验,有望为我们揭开宇宙中最难以捉摸的幽灵粒子的“神秘面纱”。

江门中微子实验装置

迄今,人类研究中微子已经超过半个世纪,但对其性质至今仍然没有详细的了解,甚至连它的确切质量也不清楚。为此,科学家们新建了一些实验装置,希望“掀起它的盖头来”。

打头阵的将是位于广东的正在建设的江门中微子实验装置,它是中国前所未有的最复杂高能物理实验装置,与目前最好的国际同类装置相比,它的规模大20倍,精度提高近一倍。

据曹俊介绍,江门中微子实验装置2015年开始建设,计划2021年底完成探测器建造。该装置包括位于地下700米的洞室、大型水池、一个装满2万吨液体和光电倍增管的中微子探测器以及少量配套设施。

会发出闪光的液体是探测中微子的介质。当大量中微子穿过探测器时,偶尔会在探测器内发生反应,发出极其微弱的闪光,从而被光电倍增管捕捉到。

曹俊表示:“江门中微子实验旨在测定中微子质量顺序、精确测量中微子混合参数,同时也将研究大气中微子、太阳中微子、超新星中微子、地球中微子等。测定中微子质量顺序,不仅有助理解微观的粒子物理规律,也将对宇宙学、天体物理学、地球物理学作出重大贡献。”

“深部地下中微子实验”

据美国趣味科学网站近日报道,设在美国的“深部地下中微子实验”由两部分组成,一部分位于费米实验室,包括一个巨大的中微子枪,其会将质子加速到接近光速,使其粉碎,在终端每秒射出数万亿个中微子。

这些中微子将从费米实验室出发,沿直线前进,直到它们撞上第二部分——约1300公里外、位于地下深处约1600米的桑福德地下研究设施,此处的探测器里约装有4万吨液态氩。

据悉,DUNE能够更好地描述中微子振荡的特性,还能探测到银河系和邻近星系中超新星释放的中微子等。

DUNE设施被认为是美国未来几十年的“旗舰实验室”,来自多个国家的专家将对实验室获得的数据进行分析,进一步了解中微子的“性格”。

“顶级神冈”探测器

日本文部科学省821日确定了在岐阜县飞騨市建设下一代中微子探测器——“顶级神冈”探测器的计划,这一探测器是日本现有“超级神冈”探测器的后继设施。

“超级神冈”位于一座山下1000米深处,其光传感器浸没于5万吨纯水中。1998年,“超级神冈”提供了首个确凿证据,证明中微子和反中微子可以在3种类型之间振荡,项目负责人梶田隆章因此荣膺2015年诺贝尔物理学奖。

而“顶级神冈”探测器将建于地下约650米处,主体设施为直径74米、高约60米的圆柱状水槽,规模是“超级神冈”的5倍以上。水池壁上设置约4万个传感器,捕捉太空飞来的中微子在水中发生反应后发出的微弱闪光。

“顶级神冈”将在2025年左右开始寻找自然界(比如核聚变和超新星)产生的中微子。由于设施巨大、传感器性能高,“顶级神冈”不仅在探测超新星方面更高效,也有望揭示为什么宇宙主要由物质而非反物质构成。

理论学家称,理解这一点的关键是测量中微子和反中微子之间的不对称性,特别是两者在不同类型之间振荡的速度差异。“超级神冈”已看到相关线索,“顶级神冈”应能进行更精确测量。

希望即将上岗的这三大“剑客”能让中微子的“身世秘密”大白于天下。或许在此过程中,会涌现多个诺贝尔奖获得者,谁知道呢?(记者 霞)


 

氢燃料电池飞行车概念模型发布

20190709  来源:科技日报北京78日电 (实习记者余昊原)

 

  未来,人们也许会驾驶飞行车完成日常通勤。美国阿拉卡科技公司设计的一款名为Skai的六旋翼概念飞行车,使用氢燃料电池替代普通飞行器电池,能提供足够动力、承载更多重量、飞行更长时间。近日,该公司在洛杉矶发布了Skai飞行车模型,并计划尽快开始测试原型机。

  燃料电池利用空气中的氢和氧之间的化学反应来产生电能和纯水。由于氢也可以通过电力从水中清洁地生成,氢燃料电池可以有效替代电池储存电力。与普通电池相比,氢燃料电池制作成本较高,却比普通电池更小更轻——这对于降低电动飞机的重量至关重要。

  公司总裁布莱恩·莫里森指出,大多数普通电池驱动的飞行车只能搭载两名乘客飞15分钟左右,而使用氢燃料电池的Skai可以携带2.5倍的有效载荷,飞行时间是使用普通电池的8——Skai可以搭载5人或1000磅货物飞行400英里,飞行时间大约在2—4个小时之间。这意味着Skai可以在城市之间飞行,辅助通勤,还可以承担空中救护、货运或救灾等任务。

  Skai飞行车需要一名合格的直升机飞行员来搭载乘客,现在阿卡拉科技公司正与美国联邦航空管理局(FAA)合作,旨在推动乘客自主驾驶飞行。

  安柏瑞德航空大学的航空工程学教授理查德·安德森认为,氢燃料电池飞行车性能仍比不上普通飞机发动机,且为防止爆炸,氢燃料处理起来要很小心。据他预测,FAA批准Skai上市需两年多,允许乘客自主驾驶飞行可能需5年多。

  据统计,目前有超过100种飞行车设计方案在不断推进,包括欧洲空中客车的Vahana飞行车、德国世界上第一架纯电动两座直升机Volocopter和美国优步的Elevate飞行车等。

  总编辑圈点

  前段时间还有人说,如果拍《北京十二时辰》,一个字能概括所有。乍一看新闻,还小小兴奋了一下,挣脱环路的束缚从天路上班,实在个性又高效。不过再仔细一看,哦,原来该公司只是发布了概念模型,原型机测试还没开始呢。用燃料电池作为飞行器的驱动力,想法很美妙,实现很艰难。而且,通勤用飞行器不仅要解决氢燃料电池的稳定和轻量化问题,还得解决驾驶员资质问题。从目前来看,这款氢燃料电池飞行车还更像噱头,需要拿出点实际进展才行啊。

 


 

这些来自NASA的技术,你见过几个?

20190709  来源:科技日报

 

  航空航天给人的感觉特别高冷,想起来就是先进的战斗机、雄伟的空间站,常人看不到、摸不着、用不上。

  日前,美国知名网站“GOBankingRates”盘点了日常生活中25种源于美国国家航空航天局(NASA)的技术,遍及我们的吃穿住行。它们来自遥远的空天,却便利着我们的日常生活。

  食品:婴儿奶粉、冻干水果、食品安全包装

  目前,美国超过90%的婴儿配方奶粉中都含有微藻物质。而其最初是NASA研究的产物,研究的目的是测试藻类作为太空旅行中氧气回收剂的潜在用途。

  冻干水果是一种常见零食。但NASA开发冷冻干燥技术的目的是使阿波罗任务中的水果更易携带,该技术能够以20%的质量保持98%的营养。

  NASA为了确保航天飞行食品开发的安全质量控制方法,食品安全包装现已成为一项食品工业标准,以保护世界各地消费者的食品安全。

  生活:记忆泡沫床垫、防刮镜片、防紫外太阳镜、无绳真空吸尘器、耐克气垫运动鞋、太空毯、滑雪靴

  舒适的记忆泡沫床垫能够充分地贴合人体,缓解压力,为不少家庭必备。可记忆泡沫原本并不是用来做床垫的,其最初由NASA研制,用来缓冲飞船着陆对航天员的冲击。

  相比普通玻璃,防刮镜片的寿命更长。事实上,防刮涂层是NASA下属喷气推进实验室(JPL)在研究航空航天用金刚石硬涂层时,无意中发现的副产品

  20世纪80年代,两位来自JPL的科学家研制出一种焊接眼镜,能够吸收、过滤和散射焊接过程中发出的强光。后来该技术被广泛用于防紫外线太阳镜。

  最初,百得(Black&Decker)公司受命为阿波罗双子座任务研制一种便携装置,用于从月球表面以下提取样本。该技术经过改进后成为无绳真空吸尘器

  耐克气垫运动鞋使用的是NASA前工程师M.弗兰克·鲁迪获得的吹塑橡胶成型技术专利,这一技术最初应用的目标是宇航服。

  太空毯绝缘、保温,是野外生存、马拉松运动必备用品。但它最初却是NASA研制用来在低温情况下保护航天器和宇航员的。

  此外,NASA在航天服关节部位所用的技术经过改进后,用于滑雪靴,提高了运动员对滑雪的控制能力。

  家居:泳池净化系统、家用隔热材料

  为了对抗极低的太空温度,NASA用铝化聚酯制造了一种叫做辐射屏障的绝缘材料。据JPL称,铝化聚酯现在已被用于大多数家用隔热材料。

  20世纪60年代,NASA开发了一种电解碘化银过滤器来为宇航员提供清洁的饮用水,现在它被广泛地用于净化游泳池。

  出行:飞机除冰系统、精密GPS、公路防滑槽、更好的轮胎

  根据NASA的技术转移计划,民航飞机可以在严寒天气中飞行,主要归功于NASA开发的一种叫做Thermawing的热电除冰系统。

  很多手机中都安装了JPL开发的精密GPS技术,其数据来自JPL全球GPS接收器网络。即使没有无线连接,你仍然可以在手机上使用GPS定位。

  NASA的兰利研究中心开发了防滑槽技术,防止飞机在潮湿跑道上发生事故。后来,该技术被广泛地用于高速公路。

  20世纪70年代,固特异公司为NASA“海盗号火星探测器研制了新的轮胎材料,用于降落伞系统。该技术后被用于改进普通轮胎,使其寿命增加了10000英里。

  电子产品:手机照相机、笔记本电脑、大功率太阳能电池、无线耳机、鼠标、CAT扫描仪

  20世纪90年代,NASA要求JPL的科学家在保证照相质量的前提下,制造一种可以安装在航天器上的微小照相机。JPL称,现在三分之一的手机照相机使用了这一技术。

  据史密森国家航空航天博物馆称,“Grid Compass”是世界上第一台笔记本电脑,1983年首次用于航天飞机任务,这是NASA的发明之一。

  家庭中使用的晶体硅太阳能电池,最初来源于NASA下属的环境研究飞机和传感器技术联盟为电动飞机开发的轻质太阳能能源系统。

  NASA为宇航员开发了无线耳机,方便其进行通信。现在这一技术已经走进千家万户。

  据JPL称,NASA的一名研究人员在20世纪60年代开发了电脑鼠标,让用户在电脑屏幕上操作,使计算机更具互动性。

  JPL最初开发了CAT扫描仪,扫描航天元器件得到先进的数字图像以检测有无瑕疵。现在,其已成为一种常用的医疗仪器。

  医疗保健:植入式耳蜗、隐形牙齿矫治器、耳温体温计

  肯尼迪航天中心工程师亚当·基塞利用自己在航天飞机项目中电子、声音和振动传感器系统方面的工作经验,使用电脉冲代替将声音放大的技术,开发了早期的人工植入式耳蜗。

  相比传统金属矫治器,隐形牙齿矫治器更美观,其由透明多晶氧化铝制成,该材料最初由美国国家航空航天局开发,用于跟踪热寻的导弹。

  现在,不少父母使用耳温体温计来测量生病婴儿或幼儿的体温。JPL称,这种体温计采用了NASA和德朗(Diatek)公司发明的红外解剖技术。

  这25种技术,总有一款你曾经看到过、接触过、使用过。航空航天技术不是只能用于高高在上的太空,落地之后更会提高我们的生活质量,这也是人类不断探索,飞得更高、更远的动力之一。

  (科技日报北京78日电)

 


 
 
 
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