近日

東南大學各科研團隊

取得了一系列重要成果

包括醫(yī)療健康、物理學、腦科學、

人工智能以及光學等多個前沿領域

讓我們一起來看看這些令人振奮的成果！

1.東大—歌爾穿戴式醫(yī)療健康卓越工程師技術中心成立

2.張永超教授及其合作者在《Physical Review Letters》發(fā)表關于中子星融合對類軸子粒子限制的重要成果

3.東南大學腦科學與智能技術研究院在《Cell Reports》上發(fā)表最新研究成果

4.劉澄玉教授、李建清教授課題組在TPAMI發(fā)表最新研究成果

5.POCT課題組劉宏研究員與馬標博士在Advanced Science發(fā)表仿生智能軟體機器人最新研究成果

6.李全團隊在偏振光取向液晶彈性體領域取得重要突破

7.東南大學在亞原子級光輔助載流子傳輸機理研究上取得重要進展

01

東大—歌爾穿戴式醫(yī)療健康卓越工程師技術中心成立

3月22日，東大-歌爾穿戴式醫(yī)療健康卓越工程師技術中心成立儀式暨管理委員會首次會議在東南大學四牌樓校區(qū)舉行。該中心是東南大學與民營龍頭企業(yè)合作成立的第一個卓工技術中心。歌爾股份有限公司董事劉耀誠、東南大學副校長金石，以及科研院、國家卓越工程師學院、儀器科學與工程學院相關負責人、教師代表等參加活動。

金石對劉耀誠董事一行的來訪表示熱烈歡迎。金石表示，技術中心是東南大學與歌爾集團深度合作的重要成果，也是校企雙方共同推進卓越工程師項目、培養(yǎng)高水平創(chuàng)新人才的重大舉措。未來，東南大學也將以此為契機，進一步加強與歌爾集團等單位的全面合作，共同推動科技創(chuàng)新和產業(yè)發(fā)展，為國家的繁榮與進步做出更大的貢獻。

劉耀誠董事對東南大學的歡迎表示感謝，向出席簽約儀式的學校領導、老師們介紹了歌爾的基本情況，回顧了校企雙方在穿戴式醫(yī)療健康領域的合作及進展。他表示，東南大學嚴謹務實、追求卓越的作風與歌爾集團企業(yè)文化十分契合，歌爾自成立以來始終高度重視開放式創(chuàng)新。此次能夠與東南大學共建卓越工程師技術中心，為雙方在前沿技術創(chuàng)新研發(fā)、人才培養(yǎng)等方面的深入合作開啟了新篇章，推升了新高度。未來，歌爾將積極投入，與東南大學共同開展穿戴式醫(yī)療健康技術研發(fā)與應用，積極推動我國醫(yī)療健康事業(yè)高質量發(fā)展。

東南大學儀器科學與工程學院兼職教授、南京醫(yī)科大學原副校長李建清對工程師技術中心的成立表示了祝賀。

東南大學國家卓越工程師學院副院長劉志遠宣讀了東大-歌爾穿戴式醫(yī)療健康卓越工程師技術中心成立文件以及管理委員會組成名單。歌爾股份有限公司中央研究院常務副院長張金國、東南大學儀器科學與工程學院院長劉澄玉代表雙方簽署《東大-歌爾穿戴式醫(yī)療健康卓越工程師技術中心合作協(xié)議》。

成立儀式后，金石主持召開了管理委員會首次會議。

02

張永超教授及其合作者在《Physical Review Letters》發(fā)表關于中子星融合對類軸子粒子限制的重要成果

近日，物理學院的張永超教授與其合作者，美國圣路易斯華盛頓大學的P. S. B. Dev教授、加拿大拉瓦爾大學的J.-F. Fortin教授、美國華盛頓大學的S. P. Harris博士和美國俄克拉荷馬大學的K. Sinha教授，在美國《物理評論快報》（Physical Review Letters）上在線發(fā)表了題為“First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Particles from Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817”的文章。

隨著引力波被觀測到，現(xiàn)在多信使（multimessenger）探測已經成為粒子物理、天體物理和宇宙學理論和實驗研究的前沿熱點課題。兩個中子星的融合不僅可以產生引力波，而且可以產生大量相伴隨的光子信號。而中子星是非常致密的天體，其質量密度可以達到，大概相當于原子核的質量密度。中子星可以用來研究輕的相互作用非常弱的粒子，例如軸子（axion）和類軸子粒子（axion-like particle）。GW170817是第一個被觀測到引力波的中子星融合事例，該事例的引力波和光子多信使信號已經被用來限制軸子和類軸子粒子等超出標準模型的粒子。

張永超教授及其合作者首次研究了GW170817中子星融合事例對類軸子粒子與光子相互作用的限制。類軸子粒子可以在中子星中通過與光子的相互作用產生，并飛出中子星。由于相互作用非常弱，類軸子粒子在飛行相當長的距離后衰變?yōu)閮蓚€光子。該光子可以被地球上的實驗例如Fermi-LAT觀測到（如圖所示）。結合引力波的觀測，類軸子粒子衰變產生的光子信號與直接從中子星發(fā)出的光子的時間信息和能譜都是不同的。因此Fermi-LAT實驗的觀測數(shù)據可以被用來限制類軸子粒子與光子的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，雖然Fermi-LAT的限制不如現(xiàn)有的超新星的限制強，但下一代的實驗會增強很多，并排除更多的參數(shù)空間。

所有作者為該論文的共同第一作者。張永超教授的工作受到了國家自然科學基金面上項目和東南大學基本科研業(yè)務費等項目的資助。

文章鏈接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.101003

03

腦科學與智能技術研究院在《Cell Reports》上發(fā)表最新研究成果

近日，Cell Press細胞出版社期刊《Cell Reports》在線發(fā)表了東南大學腦科學與智能技術研究院最新研究成果“Non-homogenous axonal bouton distribution in whole-brain single-cell neuronal networks”。該研究揭示了神經元軸突突觸前扣結（presynaptic bouton）的分布差異，以及不同神經元形態(tài)細節(jié)改變對整個鼠腦單細胞神經元結構網絡拓撲的影響。

以往研究中常常假設突觸連接是均勻分布在軸突樹突上，而本文研究團隊提出一種更精細的假設：軸突上bouton的分布是不均勻的，并且bouton的分布可以決定網絡拓撲。同時，神經元形態(tài)細節(jié)的改變（樹結構的大小、復雜性、bouton的分布密度）對網絡結構具有不同程度的影響。為驗證這一猜想，研究團隊設計了一種基于bouton位置數(shù)據生成全腦單細胞結構網絡算法，并與bouton均勻分布情況進行比較。在得到結構網絡后，研究團隊進行了細致的網絡分析并探究bouton分布對其影響。另外，研究團隊還設計了神經元不同形態(tài)變化的操作，以研究其對網絡的影響及其與生物學神經形態(tài)改變的相關性。

期間，研究團隊使用高通量的單神經元全形態(tài)重建數(shù)據集，通過先進的算法生成了全腦單細胞連接矩陣，揭示了bouton分布的非均勻性不僅存在于軸突內部，在不同的大腦區(qū)域之間也有顯著差異。這種分布對網絡連接、網絡結構的度分布、三元組普查和社區(qū)結構等方面產生了重要影響。之后，該團隊對神經元形態(tài)進行擾動，結果說明神經元形態(tài)細節(jié)對網絡屬性影響巨大，需要在相關研究分析中密切關注。

本次研究是東南大學腦科學與智能技術研究院近年來在神經元形態(tài)領域的系列工作之一，在單細胞尺度，揭示了軸突bouton對全腦結構網絡拓撲的影響。該工作拓展了以往基于均勻連接的腦網絡連接模型，為理解大腦如何在不同區(qū)域和不同神經元之間建立復雜連接提供了新視角。這些發(fā)現(xiàn)有利于解釋大腦功能的整合和分離機制，為之后更多的數(shù)據提供了基礎方法，并為未來大腦研究和相關疾病治療提供了新的思路與工具。

東南大學腦科學與智能技術研究院碩士研究生錢鵬昊和實驗室研究員Linus Manubens-Gil為本文共同第一作者，博士研究生姜升殿為第三作者，Linus Manubens-Gil研究員與彭漢川教授為共同通訊作者。

04

劉澄玉教授、李建清教授課題組在TPAMI發(fā)表最新研究成果

近日，東南大學儀器科學與工程學院劉澄玉教授、李建清教授團隊在人工智能領域國際頂級IEEE模式分析和機器智能期刊TPAMI（IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence）發(fā)表了題為“學生損失函數(shù)：一種在不確定監(jiān)督中面向概率假設的方法”（Student Loss: Towards the Probability Assumption in Inaccurate Supervision）的研究論文。該論文針對錯誤標簽（noisy label）數(shù)據對模型精度的潛在影響這一普遍問題，提出了一種對特征層數(shù)據分布進行先驗假設的損失函數(shù)構建方法，提升了對含有錯誤標簽的數(shù)據集進行訓練的學習效果。

近年來有監(jiān)督的數(shù)據驅動算法大大推動了人工智能領域的發(fā)展。在該類學習任務中，局部錯誤標簽的出現(xiàn)是普遍現(xiàn)象。特別是大型數(shù)據集，含有錯標數(shù)據/不確定性標注數(shù)據是在所難免的。這些被錯誤標注的樣本對模型訓練有很大的誤導作用，如何在AI模型訓練中有效處理這些錯標數(shù)據成為一個至關重要的問題。

為此，論文提出了一種新的觀點，即可以將數(shù)據通過模型提取到的深層特征的類概率分布假設為特定的長尾T分布來有效抑制錯標數(shù)據影響，并從理論推導和實驗驗證兩個方面給出了詳實論證。論文證實了一種新的損失函數(shù)（Student Loss）機制，可以在訓練中對干凈樣本與錯標樣本進行自主篩選，從而提升模型表現(xiàn)。同時，結合度量學習策略，論文進一步發(fā)展了Student Loss的泛化版本（Large-Margin Version）。

該論文第一作者為東南大學儀器科學與工程學院張鑠博士，通訊作者為劉澄玉，論文合作單位包括東南大學計算機科學與工程學院、英國牛津大學，東南大學為該論文的唯一通訊單位。該研究得到了國家自然科學基金，國家重點研發(fā)計劃，江蘇省自然科學基金等資助。

文章鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10412669

05

POCT課題組劉宏研究員與馬標博士在Advanced Science發(fā)表仿生智能軟體機器人最新研究成果

近日，東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院POCT課題組劉宏研究員與馬標博士在國際著名學術期刊Advanced Science在線發(fā)表標題為“Soft Robots with Plant-Inspired Gravitropism Based on Fluidic Liquid Metal”的最新研究成果。受植物向重性啟發(fā)，研究人員將液態(tài)金屬與智能熱響應液晶彈性體結合，構建了無電子控制的仿生智能軟體機器人。

據悉，相比傳統(tǒng)的剛體機器人，基于柔性智能材料構筑的軟體機器人具有更高的運動自由度、更好的環(huán)境共融性和交互安全性，在可穿戴設備、智能人機交互、醫(yī)療手術等諸多領域有著廣泛的應用前景。然而，軟體機器人的運動通常依賴于人工調制的激勵。在自然界中，植物在無神經系統(tǒng)的控制下，僅僅通過自身巧妙的組成即可對無處不在的重力進行自主形變反饋。受此啟發(fā)，研究人員利用液態(tài)金屬在其納米氧化層內的流動性和電熱特性，構建了具有重力感知能力的智能仿生軟體機器人。通過改變液態(tài)金屬軟體機器人的空間姿態(tài)，實現(xiàn)對其電阻和電熱響應的可控編程，進而賦予其類植物重力適應性。基于這一機制，作者進一步設計了可交互的柔性抓手和具有地形感知能力的自振蕩爬行機器人。該工作為能夠感知重力和加速度的類生命軟機器的構筑提供了新的思路。

東南大學生物科學與醫(yī)學工程學院博士研究生陳剛勝為第一作者，至善博士后馬標為共同第一作者，劉宏研究員和馬標博士為共同通訊作者。該工作得到了江蘇省自然科學基金、江蘇省重點研發(fā)計劃、中國博士后科學基金等項目資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/advs.202306129

06

李全團隊在偏振光取向液晶彈性體領域取得重要突破

近日，東南大學智能材料研究院院長、首席科學家、化學化工學院李全團隊提出了一項創(chuàng)新性的策略，成功實現(xiàn)了液晶彈性體的原位編程取向。相關成果以“In-situ Light-Writable Orientation Control in Liquid Crystal Elastomer Film Enabled by Chalcones”為題發(fā)表在Angewandte Chemie International Edition上,并入選當期的“Hot Paper\”。該研究在同行評議中獲得所有審稿人的“very important”或“highly important”的評價。據了解，這樣的正面評價在該期刊中僅覆蓋不到10%的投稿。東南大學博士生徐藝藝為第一作者，東南大學李全和黃帥副研究員為共同通訊作者。

液晶彈性體的偏振紫外光編程各向異性機理及線性偏振紫外光編程后的液晶彈性體薄膜的熱致動行為

液晶彈性體是一類擁有本征各向異性的刺激響應性功能材料，其在實現(xiàn)高分辨率圖案結構的三維復雜形變方面一直面臨著挑戰(zhàn)。開發(fā)光取向方法可以提供一種有效的方法來控制液晶彈性體的空間取向，以實現(xiàn)三維復雜變形。這種方法可以在不直接接觸材料的情況下在微米尺度的小范圍內調節(jié)分子的排列，為開發(fā)具有高分辨率圖案結構的液晶器件提供了新的可能性。

研究團隊詳細介紹了一種利用線性偏振紫外光取向編程各向異性液晶彈性體的機制?；谶@一理論框架，他們進一步探索了通過預先編程液晶彈性體薄膜中的液晶排列分布，實現(xiàn)對薄膜彎曲方向和實現(xiàn)任意復雜圖案形變的方法。這項研究的結果表明，通過巧妙控制偏振方向和輻照區(qū)域，能夠在液晶彈性體薄膜中形成圖案化的取向分布，從而引發(fā)復雜可逆的三維變形行為。這一創(chuàng)新性方法展示了一種利用原位光書寫來實現(xiàn)液晶彈性體復雜形變的途徑，在加密、傳感器和其他領域展現(xiàn)出潛在的應用前景。

該工作得到了江蘇省“雙創(chuàng)團隊”計劃、國家自然科學基金等項目的資助。

文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319698

07

東南大學在亞原子級光輔助載流子傳輸機理研究上取得重要進展

近日，東南大學材料科學與工程學院陶立課題組與孫正明/阮秋實團隊合作揭示了光誘導質子傳輸機制對光化學電池穩(wěn)定性的決定性作用，通過調節(jié)質子反應路徑實現(xiàn)了具有長循環(huán)壽命的光輔助鋅離子電池。相關成果以 “Highly Stable Photo-Assisted Zinc-Ion Batteries via Regulated Photo-Induced Proton Transfer”為題發(fā)表在國際著名期刊Angew. Chem. Int. Ed上，并被編輯選為Very Important Paper (VIP)，本文第一通訊單位為東南大學材料科學與工程學院。

光誘導質子嵌入的三維重構及調節(jié)質子反應路徑的機理圖

調節(jié)質子反應路徑后電池的性能表現(xiàn)圖

光輔助離子電池可通過光伏效應和儲能機制的協(xié)同作用獲得綜合性能（比容量、輸出電壓平臺和光充電能力等）的顯著提升。然而，由于復雜的電荷/離子轉移機制，光輔助電池在光照下的性能提升通常伴隨著容量的快速衰減，表現(xiàn)為較差的光穩(wěn)定性。

東南大學材料科學與工程學院研究人員首次揭示了光誘導質子傳輸（photo-induced Proton Transfer）機制在V2O5基半導體光輔助鋅離子電池充放電過程中的重要角色。V2O5中的光誘導質子嵌入是光照下電池容量提升的重要因素之一，然而質子在嵌入脫出過程中會引起原子級界面環(huán)境的急劇變化，從而成為導致光照下容量不穩(wěn)定性的主要原因。因此，調控光誘導質子傳輸路徑可獲得具有超長光穩(wěn)定性的光輔助鋅離子電池。在模擬太陽光照條件和5 A g–1的電流密度下，循環(huán)4000圈后，容量保持率約為90%，光照下的循環(huán)穩(wěn)定性比之前的記錄高出一個數(shù)量級。這項研究揭示的機制為開發(fā)具有長循環(huán)壽命的光輔助離子電池開辟了新途徑。

東南大學材料科學與工程學院博士生查文文和青年教師阮秋實為本文的共同第一作者，阮秋實老師、孫正明教授和陶立教授為共同通訊作者，東南大學為第一通訊單位。東南大學MEMS教育部重點實驗室孫立濤教授和材料科學與工程學院林惠文副教授為本工作提供了相應的理論指導。相關研究受到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金重大培育、青年項目等經費資助。

文章鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202400621

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來源｜東大新聞網

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責編｜宋雨昂

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