毫無疑問，芯片設(shè)計是一項耗時費力且“燒錢”“燒資源”的工作。通常由工程師團(tuán)隊編寫代碼，然后在電子設(shè)計自動化（EDA）工具的輔助下生成電路邏輯。針對人工編寫的代碼，工程師團(tuán)隊需反復(fù)對其進(jìn)行迭代的功能驗證和性能/功耗優(yōu)化。這個過程通常需要上百人團(tuán)隊迭代數(shù)月、數(shù)年才能完成。而近期，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所處理器芯片全國重點實驗室團(tuán)隊利用人工智能技術(shù)，設(shè)計出世界首顆無人工干預(yù)、全自動生成的處理器芯片“啟蒙1號”，并提出了一種基于門級依賴關(guān)系分析的自動流水線設(shè)計方法。

芯片全自動設(shè)計的目標(biāo)是由機(jī)器代替人自動生成滿足功能和性能需求規(guī)范的電路邏輯，從而極大減少人力和資源投入，加速設(shè)計迭代。聚焦解決處理器芯片自動設(shè)計所面臨的精度和規(guī)模兩大挑戰(zhàn)，研究團(tuán)隊提出了以驗證為中心的處理器智能設(shè)計方法學(xué)：從隨機(jī)電路出發(fā)，由機(jī)器全自動完成包括驗證、調(diào)試和修復(fù)的反復(fù)迭代直到獲得滿足設(shè)計需求的目標(biāo)電路。利用這一方法，科研團(tuán)隊在5小時內(nèi)自動設(shè)計了超過400萬個邏輯門的通用處理器——“啟蒙1號”，將已有能自動設(shè)計的電路規(guī)模提升了3至4個數(shù)量級，芯片實測性能達(dá)到英特爾486處理器的水平。他們還進(jìn)一步提升自動生成處理器的性能，程序執(zhí)行效率實現(xiàn)了1.57倍的性能提升，在某些情況下其還能找到比人類設(shè)計更優(yōu)的流水設(shè)計。

擅長多重角色扮演的噬菌體，這次唱主角

噬菌體作為微生物生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的基石，深刻地影響著人類健康、地球元素循環(huán)以及生態(tài)系統(tǒng)演化與功能。在微生物群落密集生長的表面環(huán)境中，噬菌體的活動受到了群落致密結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)，限制了它們?nèi)媲宄拗骷?xì)胞的能力。因此，噬菌體往往與宿主群落形成一種微妙的共存狀態(tài)，共同編織著生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。長久以來，人們普遍認(rèn)為噬菌體的捕食行為主要導(dǎo)致微生物數(shù)量的減少。而就在近日，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)王鋼研究團(tuán)隊與瑞士聯(lián)邦水科學(xué)與技術(shù)研究所David"R."Johnson課題組的一項研究顛覆了這種認(rèn)知。他們發(fā)現(xiàn)噬菌體捕食活動能顯著加速表面微生物群落中質(zhì)粒編碼的抗生素抗性基因的傳播。

研究團(tuán)隊采用兩種大腸桿菌菌株作為模型系統(tǒng)，通過精心設(shè)計的實驗，證明了噬菌體捕食在微生物生長過程中不僅未減少微生物數(shù)量，反而通過減緩菌株間的空間分離，促進(jìn)了細(xì)胞間的緊密接觸。這種接觸頻率的增加，直接提升了接合作用介導(dǎo)的質(zhì)粒轉(zhuǎn)移效率，使得抗生素抗性基因得以在微生物群落中更廣泛地傳播。

其研究的核心機(jī)制在于，噬菌體的捕食行為改變了微生物群落的空間分布，將原本位于群落邊緣、生長最為迅速的位置轉(zhuǎn)移至相對較內(nèi)的區(qū)域，形成了細(xì)胞密集且排列更為平行的空間結(jié)構(gòu)。這種變化不僅減緩了不同菌株在空間上的分離速度，還在菌株間創(chuàng)造了更多直接接觸的界面。這些界面在生長過程中減少了脫混現(xiàn)象，維持了種群間更高水平的空間混合度，從而為質(zhì)粒的頻繁轉(zhuǎn)移提供了理想的環(huán)境。這一發(fā)現(xiàn)不僅為噬菌體療法的設(shè)計與應(yīng)用風(fēng)險提供理論參考，也為理解抗生素抗性基因在自然環(huán)境中的傳播機(jī)制提供了重要的理論支撐。

神秘的負(fù)糾纏奇異束縛態(tài)：從數(shù)學(xué)抽象走進(jìn)現(xiàn)實

負(fù)糾纏熵研究在物理和工程諸多領(lǐng)域，特別是量子信息技術(shù)領(lǐng)域具有深遠(yuǎn)的影響。奇異束縛態(tài)于近期被發(fā)現(xiàn)是量子糾纏中負(fù)糾纏熵的新來源。由于其在數(shù)學(xué)上具有負(fù)糾纏熵，使得它很難通過實驗途徑獲得認(rèn)證。近日，北京理工大學(xué)物理學(xué)院張向東課題組和新加坡國立大學(xué)Ching"Hua"Lee等合作利用經(jīng)典電路網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了奇異束縛態(tài)的實驗觀測。

電路系統(tǒng)具有靈活可重構(gòu)的連接特性。電路的性質(zhì)是由電路網(wǎng)絡(luò)中端點連接的方式?jīng)Q定的，與線路的具體形狀和空間維度無關(guān)。基于電路系統(tǒng)的這些優(yōu)勢，一些在凝聚態(tài)系統(tǒng)以及其他經(jīng)典系統(tǒng)中從未實現(xiàn)的拓?fù)湮飸B(tài)也在拓?fù)潆娐分斜怀晒崿F(xiàn)。研究人員將奇異束縛態(tài)的晶格模型引入到電路模型中，其設(shè)計的電路包含6個節(jié)點，每個節(jié)點間通過電容和負(fù)阻抗轉(zhuǎn)換器（INIC）連接。通過電路實驗，他們觀察到了奇異束縛態(tài)。

奇異束縛態(tài)最初被稱為自由費米子糾纏哈密頓量的神秘負(fù)概率本征態(tài)，它不是一個物理算子，它存在于數(shù)學(xué)抽象領(lǐng)域，原則上是不可觀測的。然而，研究人員成功通過經(jīng)典電路的拉普拉斯算子來實現(xiàn)了自由費米子投影，實驗上成功觀察到了這種奇異束縛態(tài)。展望未來，基于電路可以探測更高維度的其他系統(tǒng)難以研究的奇異物理特性，這為拓?fù)?、非厄米和電路系統(tǒng)的三重相互作用開辟了一個新舞臺。

性能提升、工藝精簡，突破Micro-LED技術(shù)瓶頸

Micro-LED是未來顯示技術(shù)的一個重要面向，其全彩化技術(shù)是近年來國際學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的公認(rèn)難點。鈣鈦礦量子點因其在發(fā)光性能的諸多優(yōu)勢，在Micro-LED全彩顯示領(lǐng)域具有極高的應(yīng)用潛力。紅色發(fā)光的鈣鈦礦量子點，穩(wěn)定性較之綠光鈣鈦礦量子點更差，亮度也更弱。

針對這一產(chǎn)業(yè)痛點，廈門大學(xué)電子科學(xué)與技術(shù)學(xué)院半導(dǎo)體照明實驗室于近日提出了一種全新策略，利用紅色發(fā)光鈣鈦礦量子點（γ-CsPbI3）包覆綠色鈣鈦礦量子點（CsPbBr3），形成核殼結(jié)構(gòu)，在兩種量子點之間滿足能量轉(zhuǎn)移的條件，γ-CsPbI3將CsPbBr3的發(fā)光完全吸收。紅色發(fā)光的雙組分鈣鈦礦量子點最佳激發(fā)波長逐漸被調(diào)節(jié)至藍(lán)光區(qū)域，在藍(lán)光激發(fā)下，光致發(fā)光強(qiáng)度提升3倍以上，且藍(lán)光激發(fā)量子產(chǎn)率接近100%，穩(wěn)定性顯著提升。在將紅光量子點最佳激發(fā)波長調(diào)節(jié)至藍(lán)光區(qū)域后，研究人員將該雙組分量子點應(yīng)用于藍(lán)光Micro-LED色轉(zhuǎn)換層中。借助玻璃微孔陣列作為載體，沉積出的量子點陣列與Micro-LED陣列相對應(yīng)，實現(xiàn)了極佳的色轉(zhuǎn)換性能，顯示色域可達(dá)到135.9%的NTSC標(biāo)準(zhǔn)。

該研究將非輻射能量傳遞機(jī)制與Micro-LED色轉(zhuǎn)換技術(shù)相結(jié)合，從性能提升、工藝精簡方面“雙管齊下”，突破當(dāng)前Micro-LED紅光色轉(zhuǎn)換技術(shù)瓶頸，以更低成本實現(xiàn)了高質(zhì)量Micro-LED全彩顯示效果，幫助解決產(chǎn)業(yè)技術(shù)難題。

仿生昆蟲跳躍機(jī)器人：躍動之間，拯救生命

近日，西安交通大學(xué)機(jī)械學(xué)院科研團(tuán)隊昆蟲跳躍機(jī)制（如叩頭蟲）獲得靈感，提出了一種偏置屈曲雙穩(wěn)態(tài)設(shè)計，具有反對稱平衡狀態(tài)和可調(diào)節(jié)的能量壁壘。由此，他們開發(fā)出一種邊界致動可調(diào)能量壁壘（BATE）跳躍器，體長小至15毫米。這種跳躍機(jī)器人能夠在高度跳躍模式（高達(dá)12.7倍體長）和距離跳躍模式（高達(dá)20倍體長）之間轉(zhuǎn)換，并能夠執(zhí)行敏捷的連續(xù)跳躍，穩(wěn)態(tài)間snap-through和snap-back的時間都在300毫秒內(nèi)。此外，該跳躍機(jī)器人還展示了實時狀態(tài)檢測的能力用于檢測潛在的故障，如空氣泄漏，從而提高了系統(tǒng)的可靠性。

這一具有昆蟲級表現(xiàn)的BATE跳躍機(jī)器人展示了其在探索、搜救等領(lǐng)域的巨大潛力。由于其小巧靈活的設(shè)計，使其在狹小空間和復(fù)雜環(huán)境中擁有獨特的優(yōu)勢。例如，在災(zāi)后救援中，BATE跳躍機(jī)器人可以進(jìn)入人類無法到達(dá)的狹窄區(qū)域，進(jìn)行搜索和救援工作。

北京協(xié)和醫(yī)院兩項新技術(shù)構(gòu)建肝臟模型取得新進(jìn)展

近年來，包括類器官、微流控芯片、3D生物打印在內(nèi)的體外組織工程技術(shù)已經(jīng)成為再生醫(yī)學(xué)的重要發(fā)展方向，并成熟應(yīng)用于平面和管狀組織的構(gòu)建，但這些技術(shù)也存在局限性：類器官和微流控芯片多適用于小尺寸、微模型組織的構(gòu)建，難以模擬高級別的器官功能；3D生物打印雖然可以構(gòu)建較大尺寸的仿生組織結(jié)構(gòu)，但其“擠出式”打印方式容易對組織造成損傷，打印速度和分辨率也難以滿足大規(guī)模、高精度的需求。

人體器官的功能和結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，以人體最大的器官——肝臟為例，成人肝臟由大約50萬—100萬個六邊形結(jié)構(gòu)的肝小葉所組成，約一萬億個細(xì)胞和致密交錯的血管及膽管網(wǎng)絡(luò)行使著代謝、合成、解毒等500多項重要功能。如何構(gòu)建具有活性組織功能的血管網(wǎng)絡(luò)，如何讓人工肝臟具備功能，如何確保人工肝臟的正常尺寸？

近日，北京協(xié)和醫(yī)院肝臟外科團(tuán)隊攜手多家研究機(jī)構(gòu)，在人工肝臟領(lǐng)域取得兩項突破性進(jìn)展。他們使用懸浮打印技術(shù)和全息晶格聲鑷技術(shù)，構(gòu)建了帶有肝臟靜脈結(jié)構(gòu)的新型人工肝臟，以及在活性和功能方面更具優(yōu)勢的肝臟組織模型，為肝臟移植替代供體探索了潛在路徑，讓組織工程技術(shù)更快捷高效成為可能。

他們用“點石成金術(shù)”革新流行近百年的制冷技術(shù)

制冷技術(shù)是人類文明進(jìn)程中最重要的發(fā)明之一，也是現(xiàn)代生產(chǎn)生活中必不可少的技術(shù)。近百年來，蒸汽壓縮式制冷技術(shù)一直占據(jù)著空調(diào)、冰箱等制冷市場的主體地位。近年來，電卡制冷在高效節(jié)能、環(huán)境友好、快速制冷等方面具有諸多優(yōu)勢，成為有望取代傳統(tǒng)氣體壓縮技術(shù)的新興制冷方案之一。什么是電卡效應(yīng)呢？簡單來說，它是材料在外加電場的作用下電偶極子發(fā)生有序、無序地轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生熱力學(xué)熵或溫度變化的一種效應(yīng)。

材料力學(xué)的應(yīng)變工程被稱為業(yè)界的“點石成金”術(shù)，其重要手段之一就是通過脈沖激光沉積技術(shù)在某種襯底上外延生長另外一種薄膜材料，從而實現(xiàn)由晶胞結(jié)構(gòu)失配而帶來的外延應(yīng)變。基于這一思路，國防科技大學(xué)與劍橋大學(xué)、北京科技大學(xué)、哥斯達(dá)黎加大學(xué)、格拉斯哥大學(xué)等多所高校和研究機(jī)構(gòu)合作，在鐵電制冷基礎(chǔ)前沿領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。他們首次在先兆型鐵電體鈦酸鍶氧化物薄膜中實現(xiàn)了應(yīng)變增強(qiáng)的電卡效應(yīng)，使體相鈦酸鍶材料電卡制冷效率提高10倍以上，在居里溫度（243"K）附近制冷效率甚至可提高近百倍。