细菌种群迁移的时空动力学

集群迁移是生物应对环境变化展现出的高度有序的集群行为.细菌的种群迁移涉及细胞个体的运动、细胞异质性、空间自组织机制等问题,是定量生物学研究领域重点的研究方向.近年来,研究人员利用数理模型、计算模拟的研究方法结合定量生物学实验研究细菌种群迁移的时空动力学过程,重点关注了集群协调个体行为的空间自组织策略、集群的代谢和生长周期性振荡、集群迁移速度和空间定植的定量关系等问题.本文对细菌种群迁移的研究进展进行概述,介绍细菌个体水平的随机运动和趋化运动,细菌种群趋化迁移和群集运动的模式,探讨细菌种群迁移的时空动力学的研究工作和定量合成生物学在细菌种群迁移研究的应用,并对该领域未来的研究方向和技术手段进行展望.     

中药电化学指纹图谱的检测方法和条件因素

分析了适用于中药成分群集电化学表征的热力学体系和动力学模型, 讨论了远离平衡态热力学封闭体系和无耗散物补充的敞开体系中阻尼振荡反应对中药化学成分分析与群集表征的重要意义. 利用以丙二酸作为耗散物的B-Z振荡体系详细研究了反应物种及其浓度、电极类型、温度、搅拌速率、中药种类、用量和粒度等影响电化学指纹图谱的因素, 并对中药化学成分定量信息等进行了研究. 成功提出了鉴别与评价中药的电化学指纹图的检测方法和条件.     

动物机器人:研究基础、关键技术及发展预测

动物机器人利用动物固有的感知、运动、能量供应和神经系统,通过神经信息干预,实现对生物运动行为的控制.这类特殊的机器人在运动稳定性、灵活性、环境适应性和自身运动能量供应等方面保持了天然的优势,具有重要的应用价值;同时,该研究涉及动物运动神经网络及外部调控信息与固有运动神经信息的交互作用机制等重大理论问题,是神经科学和机器人交互领域的重要研究方向.该研究高度融合了动物智能和机器智能,涉及动物行为学、神经科学、微机电技术、力学和通信技术等,是多学科交叉融合的前沿领域.本文回顾动物运动神经系统与运动行为调控之间的关系,系统梳理不同动物机器人的运动调控方法及系统构成,总结活动在水、陆、空不同空间中典型动物运动行为调控的研究进展,归纳分析动物机器人研究在运动调控方法、微电极植入、微刺激系统、通信导航和能量供应等研究中面临的关键问题,并预测未来的发展趋势.     

浅析3DS MAX中模拟Lightwave细分表面建模技术

文章分析了3DS MAX中模拟Lightwave的细分表面建模技术,3DS MAX多边形建模功能的增强,进一步使三维动画领域有所提高.     

昆虫机器混合系统:从自由状态控制到自主智能调控

以昆虫作为载体,采用光/电等外部调控手段对其运动行为进行干预或控制,实现可静态预设或动态控制的昆虫机器混合系统,也被称作昆虫机器人.这类微型动物机器人在运动稳定性、环境适应性、隐蔽性等方面拥有天然的优势,在搜救侦查、科学研究等众多领域具有重要的应用价值.随着神经科学、微机电系统、人工智能等研究领域的快速发展,昆虫机器混合系统研究正从自由状态控制发展至自主智能调控阶段.本文回顾了昆虫机器人在受控运动模式、可控动作类型、达成控制任务等方面的研究现状,总结了昆虫机器混合系统研究框架,评述了基于不同调控原理实现的典型昆虫机器混合系统研究进展.在此基础上,分析了昆虫机器混合系统在神经调控机制、微型控制系统、刺激技术及方法、智能控制系统等研究中面临的困难、存在的问题,预测了未来的发展趋势.     

运动共振可以直通他心吗?批判性的重估

伴随镜像神经元的发现,读心问题在认知神经科学时代迎来了复兴.基于镜像神经元的发现及其功能的系统探索,运动共振理论试图论证:观察者脑中表征该动作知觉信息的知觉表征系统和表征该动作的运动表征系统之间无需其他中介就能直接进行信息的交换.由此,镜像神经元活动产生的运动共振可以实现对他人动作的识别与理解,从而实现执行者与观察者动作意图(或情绪体验)之间的直接匹配.虽然该理论得到了来自无创脑刺激技术、失用症、布洛卡失语症以及自闭症领域内证据的支持,但随着对运动共振可塑性及其发生学的认识不断深入,来自联想假说的挑战已经威胁到运动共振的基础假设.运动共振受到情境、社会与文化因素的影响,而不是一自动化、直通的理解他心方式.来自实证的挑战与来自理论的困境显示,运动共振并非理解动作的充要条件,大脑中可能存在多条通路可以实现读心.未来,需要将运动共振放置于延展的镜像神经元系统背景中予以考察,并借助颅内脑电记录等新技术来确认运动共振理论的核心假设是否成立.     

运动与能量代谢调控研究进展

能量代谢不平衡已经成为世界性科技难题与热点.规律性运动可以改善机体的能量代谢,但运动如何通过组织与器官实现改善脂肪代谢和能量代谢尚不明确.本文评述了运动与能量代谢研究领域的最新进展,主要包括不同运动方式对能量代谢的影响、运动与静息能量代谢、运动与骨骼肌代谢调节、运动与脂肪代谢调节等,提出了有关运动与能量代谢调控的研究思路.     

医学科学研究的牵引力和驱动力建模:健康需求与未知探索

以健康需求为导向分配医学研究资金成为近年来国际上关注的热点政策议题.但数据显示,当前的基金资助和科学活动并未完全与疾病负担相匹配,存在着“欠资助-过资助”“欠研究-过研究”的疾病领域.本文试图对造成这种不平衡性的机理进行分析,引入“未解决的科学问题”这一维度,提出从健康需求和未知探索两个角度对医学科学研究的牵引力和驱动力进行数据建模和综合分析的思路.     

FluxExplorer:一个通用的基于化学计量矩阵的代谢网络建模和分析平台

近年来基于化学计量矩阵的生物代谢网络分析在系统生物学研究领域备受关注. 为该领域的研究者开发更加方便和友好的硅上模拟平台已成为一项重要工作. 这种平台应提供图形化的操作方式, 整合强大的分析模块, 帮助生物学研究者更深入地理解代谢系统的特性和行为. 基于这种需求, 我们开发了一个免费共享的计算机模拟平台FluxExplorer. 它整合了多种基于化学计量矩阵的分析方法, 如流平衡分析 (flux balance analysis, FBA)等. 这些分析方法可对代谢网络的各种特性进行全面而深入的刻画. 在该平台上, 用户只需通过简单的图形化建模过程, 就能直观构建并分析自己的目标网络. 同时, 该平台能自动地查找模型中不符合建模规则的结点, 以便用户修改. 此外, 该平台支持系统生物学建模语言 (systems biology markup language, SBML). 利用该平台成功地构建了哺乳动物线粒体的代谢网络, 并得到了一些有生物学意义的模拟结果. 可以说, 该平台是一个分析功能强大且使用方便的代谢网络模拟工具.     

支持向量机用于定量构效关系建模的研究

运用支持向量机, 偏最小二乘和BP人工神经网络3种方法对苦味二肽和血管紧张素转化酶抑制剂2个肽体系进行了定量构效关系建模研究. 为了验证模型的外部预测能力, 样本集经D-optimal设计被分成训练集和测试集两部分, 通过对测试集的预测结果来判断模型的外部预测能力. 结果显示支持向量机在2个体系中均表现出了较强的建模和预测能力. 在对苦味二肽的构效关系建模中, 支持向量机的建模和预测结果明显优于偏最小二乘, 与BP人工神经网络相比, 虽然在建模能力上支持向量机略逊于BP神经网络, 但其预测能力却明显优于BP神经网络; 而对于血管紧张素转化酶抑制剂, 支持向量机的建模和预测结果则略优于偏最小二乘和BP人工神经网络. 其中采用线性核和径向基核的支持向量机模型在两个肽体系中建模和预测结果相当. 研究显示支持向量机在药物的定量构效关系研究中具有广阔的应用前景.     

微机械中的机构学研究方向

机构学是以运动几何学和力学为主要理论基础,以数学分析为主要手段,对各类机构进行运动和动力分析与综合的学科.传统的机构学已由简单机构的运动分析与综合向复杂机构的运动分析与综合发展,由机构运动分析与综合向机构动力分析与综合发展.近代的机构学,研究机构系统的合理组成方法及判据,对机构精度进行动态分析,研究运动副间隙、摩擦、润滑与冲击所引起的机构运动变化、稳态与非稳态下的动态响应和过渡过程问题;研究考虑构件弹性变形的运动弹性动力学问题;研究视整个机构系统为柔体的多柔体系统动力学和逆动力学分析、综合及     

浅析3DSMAX中模拟Lightwave细分表面建模技术

文章分析了3DSMAX中模拟Lightwave的细分表面建模技术,3DSMAX多边形建模功能的增强,进一步使三维动画领域有所提高。     

植物气孔计算生物学模型及其应用

气孔作为植物与外界进行碳、水交换的重要器官,将光合作用所需要的二氧化碳导入植物体内,并且通过蒸腾作用将水分散失到大气中.因此,深入了解气孔行为、有效调控气孔开度,对于提高植物的光合作用和水分利用效率具有深远的意义.气孔运动是由离子的运输、积累和释放所驱动的保卫细胞体积变化所引起的.然而,复杂的离子交换机制阻碍了人们对气孔运作机制的深入了解.定量系统的计算生物学分析方法为探索微观离子运输与宏观气孔生理活动之间的联系提供了一种有效的研究手段.通过系统整合保卫细胞离子运输、信号传导和离子稳态平衡等相关信息建立定量动态保卫细胞模型,可以为研究者在细胞和分子层面上对保卫细胞离子运输和气孔行为的研究工作提供有效的指导.本文通过回顾气孔建模工作的发展历程和研究现状,比较了传统经验、半经验的气孔模型和新式计算生物学模型,提出进一步发展气孔计算生物学促进计算生物学在我国农业领域的发展.     

气孔运动中pH 对保卫细胞壁弹性模量的影响

保卫细胞壁的特性对气孔运动有重要的影响. 以前的研究多集中于保卫细胞壁的解剖结构, 对气孔运动中保卫细胞壁物理性质的改变了解很少. 本研究以蚕豆叶片表皮条为材料,运用细胞压力探针技术, 对气孔运动中不同pH下的保卫细胞壁弹性模量(ε)进行了测量. 研究发现, 当pH 从8.60 降至6.50 时, 保卫细胞壁的弹性模量从7.098 Pa 降至5.690 Pa. 气孔运动中, 较低的保卫细胞壁弹性模量有利于保卫细胞改变体积, 进而有助于气孔运动的完成. 从保卫细胞通过调控细胞壁pH 改变细胞壁弹性模量的角度来分析气孔运动机理, 对于完善气孔运动机理假说, 进而深刻理解气孔运动, 具有重要的意义.     

基于麦克斯韦张量法的交流磁轴承径向悬浮力建模

交流磁轴承具有无摩擦、无磨损、无需润滑、密封且成本低、损耗少、寿命长等优点,在高速运动场合、低速洁净工况场合都有潜在的应用前景.力求解决目前交流磁轴承径向悬浮力建模存在的不够精确、不够直接、不具有通用性等不足,提出了一种基于麦克斯韦张量法的交流磁轴承径向悬浮力建模方法,这种方法使得交流磁轴承建模准确、直接且具有通用性.采用基于麦克斯韦张量法的交流磁轴承径向悬浮力建模方法,建立了交流二自由度混合磁轴承的悬浮力数学模型,其表达式被证明与采用等效磁路法建立的悬浮力表达式形式一致(仅相差系数关系),表明所建模型的正确性及所提出方法的可行性.并在此基础上,针对建模过程中的关键环节,对该建模方法进行直接性与通用性分析.最后给出了基于交流二自由度混合磁轴承模型的实验系统控制框图,并设计了相关实验,对基于麦克斯韦张量法所建立的交流二自由度混合磁轴承悬浮力模型的正确性进行了实验验证,实验结果表明提出的建模方法较等效磁路法更具有精确性.     

浅析排球副攻手的进攻打法、作用及效果

随着排球运动的发展,快变战术在排球运动技战术体系中的地位和作用越来越重要.排球副攻手作为快变战术的核心,其在排球比赛中作用的发挥越来越受到人们的关注.文章分析了排球副攻手的进攻打法,并对其进攻作用和效果进行了研究.     

飞秒激光仿生复眼制造进展

复眼系统是自然界中普遍存在的一种视觉成像系统,与单眼相比,它具有体积小、视场角大、景深大以及对快速运动物体灵敏度高等优点.人工仿生的复眼结构在机器人视觉、三维成像、目标跟踪、导航、监测、医学等领域具有极其重要的应用价值.与传统复眼透镜制备技术相比,飞秒激光微纳加工技术在三维制备、高精度加工、可程序化设计等方面具有突出的优势,使得飞秒激光技术成为重要的仿生复眼制备方式.本文总结了飞秒激光加工仿生复眼透镜的最新研究进展,对激光增材和减材两种制备方式分别进行了阐述和分析,对仿生复眼透镜的应用进行了简单的介绍,最后探讨了飞秒激光制备复眼透镜领域存在的一些挑战,并对该领域的未来发展方向进行了展望.     

Volterra级数理论研究进展与展望

非线性问题因其普遍性受到来自包括工程、物理和数学等众多领域学者的关注.针对非线性系统的建模、求解和分析等问题,人们发展出了多种数学理论和方法,Volterra级数就是其中之一.本文对Volterra级数的基本定义和由其发展而来的一些频域概念进行介绍,并分析它和Taylor级数、Wiener级数、NARMAX模型、Hammerstein模型、Wiener模型、Wiener-Hammerstein模型、谐波平衡法、摄动法和Adomian分解等非线性模型与求解方法之间的联系;探讨了其收敛性问题和核辨识问题研究中的挑战,总结了这方面的研究成果和进展.     

基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动

通过电学有效驱动磁畴壁运动是自旋电子学领域的重要研究内容之一,其中零磁场下基于自旋轨道力矩效应驱动磁矩翻转是一种重要的磁畴壁运动调控方式.为了进一步实现低功耗、高速度、高效率的磁畴壁运动,本文研究了非共线自旋源所产生的区别于传统型自旋轨道力矩对磁畴的驱动行为.我们利用微磁学模拟研究了自旋流中类Rashba的S_y、类Dresselhaus的S_x和垂直于膜面的S_z三种自旋极化下自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动,阐明了对布洛赫畴壁(Bloch wall)、奈尔畴壁(Néel wall)和头对头畴壁(head-to-head wall)的驱动及畴壁性质的影响,探究了Dzyaloshinskii-Moriya相互作用下磁畴壁运动中倾斜角的影响.本文对于理解基于非共线自旋源的自旋轨道力矩驱动磁畴壁运动具有一定意义,可为新型自旋电子器件的开发和应用提供物理基础.     

变速轴向运动弦线纵向非线性振动的能量变化

动力传输带、录音机磁带等诸多工程系统可以模型化为轴向运动弦线,其振动问题已有大量研究[1].运动弦线研究的一个方面是考察振动过程中的能量变化.1989年Wickert和Mote研究了轴向运动弦线的总机械能变化[2],1997年Lee和Mote进行了更一般的分析和数值验证[3].1998年Renshaw等进行了更准确的阐述[4],作者将Renshaw等关于线性振动的结果推广到非线性振动[5].在上述工作中,弦线均是作匀速轴向运动.作者还研究了变速轴向运动弦线纵向线性振动的总机械变化[6],本文进一步研究非线性振动的情形.