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人工智能攜手人類規(guī)劃師，為城市規(guī)劃插上翅膀

城市規(guī)劃是一門既古老又年輕的學(xué)科，從城市誕生時就有了城市規(guī)劃，而其理論與實踐又在不斷快速發(fā)展和完善。自20世紀中葉開始，城市科學(xué)領(lǐng)域的學(xué)者就一直在研究城市規(guī)劃的自動化問題，通過開發(fā)城市計算模型及規(guī)劃支持工具，努力將城市規(guī)劃師從繁瑣的工作中解放出來。隨著人工智能技術(shù)在近10年的突破性發(fā)展，尤其是強化學(xué)習(xí)算法在巨大解空間中進行多目標優(yōu)化的強大能力被發(fā)掘，很多之前依賴人類直覺的規(guī)劃類問題（如圍棋、芯片設(shè)計等）都得到了有效解決。從這個意義上看，開發(fā)人工智能支持的城市規(guī)劃工具也能夠一定程度上解放人類規(guī)劃師的生產(chǎn)力，使人類規(guī)劃師更加專注于創(chuàng)意性的工作。

自2014年開始，清華大學(xué)電子系城市科學(xué)與計算研究中心就啟動了關(guān)于城市復(fù)雜環(huán)境中的治理、規(guī)劃和決策問題的研究。該研究中心李勇副教授帶領(lǐng)課題組博士生鄭瑜等人，基于課題組在城市計算建模與深度強化學(xué)習(xí)等方向的技術(shù)積累，與建筑學(xué)院武廷海教授團隊合作，提出了基于深度強化學(xué)習(xí)的城市社區(qū)空間規(guī)劃方法。通過在虛擬城市環(huán)境中數(shù)百萬次的規(guī)劃，研究團隊建立的人工智能模型能從海量數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)城市規(guī)劃，并不斷優(yōu)化空間效率，最終達到超越人類專家的規(guī)劃水平。

城市社區(qū)形式多樣且不規(guī)則，無法使用在圍棋和芯片設(shè)計等具有規(guī)則輸入的任務(wù)中廣泛采納的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。為了克服這一難題，研究團隊首次從拓撲層面完成城市規(guī)劃任務(wù)，使用圖模型為任意形式的城市社區(qū)給出統(tǒng)一的表示，將城市規(guī)劃轉(zhuǎn)化為了圖上馬爾科夫決策過程，從而能夠發(fā)揮深度強化學(xué)習(xí)算法在巨大解空間中高效搜索的能力，并實現(xiàn)城市社區(qū)用地和道路的智能布局。在北京兩個社區(qū)的規(guī)劃模擬實驗表明，該方法生成的社區(qū)規(guī)劃方案顯著提高了“15分鐘城市”的各項指標。同時，通過設(shè)計人類規(guī)劃師與人工智能的協(xié)作工作流，能夠大幅提升人類規(guī)劃師的工作效率，高效地生成不同風(fēng)格的社區(qū)規(guī)劃方案。

5G技術(shù)發(fā)展對中國老年人口健康的積極作用

8月20日，Global Transitions上發(fā)表了北京大學(xué)人口研究所郭超研究員課題組題為“The effect of 5G policy development on self-rated health among Chinese older adults: A quasi-experimental study”的研究成果，以實證研究助力智慧老齡社會與健康中國建設(shè)。

已有研究表明，互聯(lián)網(wǎng)和社交媒體等新興技術(shù)的使用能夠?qū)θ藗兊慕】禒顩r產(chǎn)生諸多影響。然而從宏觀層面的新興技術(shù)發(fā)展入手對科技進步的人口健康效益開展評估的實證研究尚相對缺乏。為了彌補這一研究空白，郭超課題組在國際上首次量化證明了5G技術(shù)發(fā)展對中國老年人口健康的積極作用，以及這一影響的性別、年齡、城鄉(xiāng)異質(zhì)性。研究以我國5G相關(guān)政策的發(fā)布為準實驗，采用雙重差分法對不同5G發(fā)展水平隊列中老年人在5G政策啟動前后的自評健康狀況的相對差異開展了分析。

基于我國5G技術(shù)迅速發(fā)展與人口老齡化和社會經(jīng)濟轉(zhuǎn)型的背景，這一研究結(jié)果展現(xiàn)了5G技術(shù)進步對我國老年人健康的促進作用，體現(xiàn)了中國式現(xiàn)代化與人口高質(zhì)量發(fā)展的相輔相成。研究發(fā)現(xiàn)表明，強化應(yīng)對老齡化的科技創(chuàng)新能力、通過推動5G技術(shù)發(fā)展等為老年人適應(yīng)數(shù)字社會增權(quán)賦能，是應(yīng)對不斷加深的老齡社會的重要途徑。異質(zhì)性結(jié)果也在提示我們應(yīng)更加關(guān)注數(shù)字時代中老年人口內(nèi)部的弱勢群體，建設(shè)人人共享的智慧老齡社會。該研究同時為以5G技術(shù)為代表的中國科技創(chuàng)新的社會效益評估提供了新的研究思路，為推動中國科技創(chuàng)新的國際傳播作出了貢獻。

“聲音魔法師”登場：“小身材”控制“大聲量”

彎曲聲束、瞬間制造破壞性的聲場、聲場隱身……在科幻電影里擁有類似超能力的角色讓人覺得特別超現(xiàn)實。如今，穿上一些特殊材料制作的可穿戴設(shè)備后，誰都能變成操控聲音的“魔法師”，不信你就往下看。

聲學(xué)超材料是當下聲學(xué)研究最為前沿、最交叉的領(lǐng)域之一，它將光學(xué)、微波物理、凝聚態(tài)物理等的概念引入聲學(xué)，并與人工結(jié)構(gòu)設(shè)計巧妙地結(jié)合在一起。而作為聲學(xué)超構(gòu)材料的一個“明星”選手——聲學(xué)超表面（Acoustic Metasurface）的相關(guān)研究產(chǎn)出近年來更是頗豐，卓越的聲學(xué)性質(zhì)讓聲學(xué)超表面材料在建筑、國防、醫(yī)療、航天、信號傳輸?shù)阮I(lǐng)域擁有巨大發(fā)展?jié)摿?。簡單來說，聲學(xué)超表面就是要利用盡可能小的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對于聲波相位、振幅等物理性質(zhì)的有效操縱。

近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院鄭海榮研究員與華中科技大學(xué)祝雪豐教授等合作研發(fā)了一種二氧化硅納米顆粒修飾的細菌—纖維素柔性超表面元材料。這種材料在水中具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、出色的機械加工性能、超薄厚度、超輕重量、細菌可修復(fù)能力和生物相容性。

利用這種柔性超表面元材料，研究人員基于剪紙工藝開發(fā)出了可加工～10μm精度的復(fù)雜圖案的功能性聲學(xué)超表面，并設(shè)計制造出超薄（～20μm）、超輕（<20mg）的芯片級聲學(xué)器件，實現(xiàn)了復(fù)雜全息聲場和遠場高分辨三維超聲脈沖—回波成像。該研究為開發(fā)柔性可生物降解的新型超材料器件提供了一種變革性技術(shù)，也為相關(guān)生物醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用開辟了新方向。

推動超分子化療加快走向臨床應(yīng)用

一直以來，化療是治療癌癥的有效、常用手段之一，它利用化學(xué)藥物殺死腫瘤細胞、抑制腫瘤細胞生長繁殖、促進腫瘤細胞分化。但傳統(tǒng)化療存在藥物溶解度和穩(wěn)定性有限、副作用嚴重、生物利用度低、耐藥等諸多弊端。這些局限性極大地阻礙了其廣泛的臨床應(yīng)用。近日，東北大學(xué)理學(xué)院周炯教授課題組及合作者提出，基于主客體相互作用的超分子化療可作為一種很有前途的替代方案，可以高效且低毒地輸送抗癌藥物。

課題組系統(tǒng)地討論了基于主客體相互作用的超分子化療的研究進展，主要包括基于大環(huán)主體和藥物/前藥之間的主客體分子識別的超分子化療，以及基于超分子組裝體的超分子化療。此外，還討論了該領(lǐng)域當前的挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展方向進行了全面的展望。這項研究為對超分子化療或癌癥治療領(lǐng)域感興趣的研究人員提供了一個清晰的研究路線圖，推動超分子化療加快走向臨床應(yīng)用。

凝膠1米高處掉落雞蛋摔不破，步槍射擊6次打不穿

凝膠是一種含有交聯(lián)高分子網(wǎng)絡(luò)及液體相的固體材料。由于高分子及液體相的多樣性，凝膠兼具多功能性并可以在眾多領(lǐng)域大顯身手。

西安交通大學(xué)化學(xué)學(xué)院“智能高分子”團隊吳宥伸副教授和張彥峰教授，從機械互鎖超分子原理中汲取靈感，提出了“分子阻塞”超分子機制，利用溶劑分子與交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間的尺寸差異帶來的阻滯，有效抑制溶劑在凝膠內(nèi)的遷移，制作出一種“以柔克剛”的“分子阻塞”凝膠。

這種具有與普通聚合物或彈性體相媲美的卓越穩(wěn)定性，可儲存10個月而無任何形貌或力學(xué)性能改變，并能耐受高溫烘烤，保持質(zhì)量和性能的穩(wěn)定。同時，“分子阻塞”效應(yīng)作為一種非共價耗散機制，賦予了凝膠材料獨特的黏彈性力學(xué)特性，使其具有高阻尼，在全模量調(diào)控范圍內(nèi)的阻尼系數(shù)大于0.3，最大阻尼系數(shù)達1.8；在10000 s-1的分離式Hopkinson壓桿測試中，最大沖擊韌性達到40.68 MJ m-3，達到且超過了商業(yè)化的聚氨酯和聚脲材料。具有超低模量和超高阻尼的“分子阻塞”凝膠可有效保護雞蛋從1米高處掉落而不發(fā)生破裂，高強度“分子阻塞”凝膠可保護陶瓷裝甲經(jīng)受步槍射擊6次而不發(fā)生碎裂，充分驗證了這一類材料在沖擊防護領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。

分離碳氫化合物，有新故事可講了

僅由碳和氫兩種元素組成的有機化合物稱為碳氫化合物（也稱為烴）。烴是有機化合物的母體，也是工業(yè)生產(chǎn)的重要原料。烴分為飽和烴和不飽和烴。石油中的烴類多是飽和烴，而不飽和烴如乙烯、乙炔等，一般只在石油加工過程中才能得到。我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫降乃芰稀⑷剂?、清潔劑等大多由烴制備。石油化學(xué)工業(yè)經(jīng)常涉及從大量混合物中分離出各類碳氫化合物，但在此過程中，常伴隨著巨大的能源消耗。因此一直以來，化學(xué)家致力于開發(fā)高效節(jié)能的碳氫化合物分離方法?；诜嵌嗫鬃赃m應(yīng)晶體（NACs）材料的吸附分離由于其低能耗、高化學(xué)和熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的選擇性吸附和分離性能以及出色的可回收性等優(yōu)點，被認為是傳統(tǒng)能源密集型分離技術(shù)的一種有吸引力的綠色替代方案。

近日，東北大學(xué)周炯教授課題組綜述了近年來各種基于超分子主體的NACs材料的研究進展，并提出該領(lǐng)域當前的挑戰(zhàn)和未來研究方向。課題組對基于柱芳烴、斜塔柱芳烴、聯(lián)苯芳烴、葫蘆脲、三角胺、雜芳烴、杯芳烴、萘管、有機籠、金屬籠等超分子主體的NACs的空間結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域、優(yōu)越分離性能進行了分析、梳理、展示。