运动仿生的前沿:从感知到运动

正运动仿生是动物行为学和机器人学交叉的新领域,是仿生科学与工程的重要分支,其内涵包括揭示动物运动的机构结构、感知控制和行为规律,指导仿生机器人的设计.运动是动物的基本行为属性,也是仿生智能机器人等人造系统的重要特征之一.运动是动物对外部环境和内部状态变化的一种行为反应,该行为涉及到动物的环境感知、信息整合、运动指令产生、肌群驱动、关节运动、肢体与外界的相     

基于多智能体的分布式能源协调控制方法

立足于多智能体系统的相关理论与思想,将其应用到以可再生分布式能源为主的能源互联网系统,实现了分布式无中心化的控制.并针对部件之间的通讯协议进行了设计,制定了可以实现的简单操作协议.在上述思想的基础上,进一步讨论了信息拓扑对算法收敛值的影响,得到了较为准确的结论:完备的信息交互体系有利于系统快速稳定,存在结构缺陷的信息交互拓扑无法达到系统最优.此外,本文分析了具有信息交互能力的部件所形成的系统对于外界扰动的抑制能力,证明了相应的通讯协议能够保证系统在没有中心控制器的情况下,依然能够对外界刺激做出迅速的反应,为能源互联网的设计提供了另一种重要思路.     

陆地植被生态水文过程前沿进展:从植物叶片到流域

陆地植被生态水文过程是生态学、水文学和全球变化研究关注的前沿领域,更是生态水文学的关键理论基础之一.近年来围绕植被生态与水相互作用的研究范畴涵盖了从植物细胞到大陆尺度的几乎所有空间尺度,在不同尺度上分别在生态学和水文学各自视角取得了较大进展.但从生态水文学交叉学科角度,迫切需要整合生态学与水文学多尺度相关研究进展,系统性地归纳和总结跨尺度理论和方法进展,梳理理论前沿热点问题.为此,本文从近年来关于陆地植被生态水文过程与模拟研究进展中,系统提炼和总结了以植物水分利用与调控机制、碳氮水耦合循环过程与模拟、水循环关键过程的生态作用、植被生态作用下的径流形成与变化、植被生态水循环变化对大气降水过程的反馈影响等为主要研究热点的理论前沿方向,系统总结了这五方面在不同尺度及跨尺度方面所取得的主要进展,特别关注了基于过程机理的定量模型方面的发展状态.基于这些前沿热点面临的挑战性难题,提出了未来需要重点关注的核心问题,包括探索植物水分利用与调控的多尺度关联机制、发展基于过程机制的碳氮水耦合循环精准模拟方法、径流形成与动态变化的生态因素甄别与定量刻画等.对深入理解生态水文学国际前沿发展趋势,引导我国生态水文学学科的发展方向等有参考意义.     

从碳到氢能源:昨天、今天、明天

简述了近期能源的发展动向,特别以氢能源为重点,就产氢、储氢及利用氢三个方面进行阐述。氢气作为高能量密度的燃料载体在提供能量的过程中可实现或接近实现无碳排放。作者及团队发现,将分散式电解水产氢技术应用在燃料电池模型汽车上,模型车的运行速度及里程可提高30%以上。     

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.     

电池:从小器件到智能电网

<正>对于移动电子设备和现代电网来说,电池至关重要。研究者们目前致力于探索电池技术的新可能,试图研发出能克服现有电池局限性的新一代电池。电池的工作原理电池以化学能的形式存储能量,使用时将化学能转化成电能。电池包含正极和负极。电池的两极由不同材     

分布式能源网络系统总体架构

随着城市人口不断增长,能源与环境的矛盾开始制约生态文明的发展,分布式能源是解决这一矛盾的重要方向之一.根据国内外分布式能源的发展趋势,针对我国分布式能源发展所面临的困境,本文提出分布式能源网络系统的基本定义、总体技术架构和主要特征,并分别对各重要组成部分进行了阐述,介绍了分布式能源网络节点的四环节结构设计方法,总结出适用于分布式能源网络系统的协同控制方法.在此基础上,提出了针对分布式能源网络系统的"系统能效理论",并就系统能效理论的三个科学问题进行了阐述,包括结构有序化对系统能效的影响机制,分布式能源网络系统的提质、增量和循环原理,以及基于信息与能量协同的分布式能源网络系统的协同控制原理,指出基于信息与能量耦合的分布式能源网络,是一种具有代表性的新型能源系统发展方向.     

二氧化钒智能节能窗:从镀膜玻璃到节能发电一体化窗

智能窗(smart window)是一种由基材(玻璃或其他透明材料等)和调光物质所组成的光学器件,它能在一定的物理化学因素(如光照、电磁辐照、电场、气体、温度)激发下,在太阳光谱的某些区段发生着色或褪色反应,引起调光物质光学特性改变,从而光谱选择性地吸收或反射太阳辐射,达到屏蔽紫外线、调节进入室内阳光强度和室内外的热交换、降低制冷制热能耗和减少碳排放等目的.根据其激励方式的不同,智能窗可分为热致色变、气致色变和电致色变三大类.二氧化钒(M/R相VO_2,简写为VO_2)热致色变型智能窗能够吸收90%以上的紫外线(如果添加紫外吸收剂,吸收率可达99%),在基本不影响可视光透过率的情况下,可以根据外界温度的变化,调节太阳光红外部分透过率.VO_2智能窗结构简单,近年来相关的应用基础和产业化开发均获得重要突破.本文从单层、多层、纳米复合等几种典型结构与其光学性能关系入手,综述了近年来VO_2智能窗和节能发电一体窗研究的主要进展和面临的问题.     

宇宙学:从Robertson到今天

把罗伯特近(Howard Percy Robertson)对宇宙学的杰出贡献提给这次纪念讲演,对我来说是一个巨大荣誉,这感受,通过阅读罗伯特逊过去的优秀作品目录而进一步增强了。要评价罗伯特逊的工作,就必须了解其背景。爱因斯坦创立了广义相对论,它是现代的引力理论。在这理论中,引力和宇宙学都被几何化了。爱因斯坦本人想象了一个空间上封闭的、时间上独立的宇宙。弗里德曼(Alexander Friemann)找到了——或者说猜到了——爱因斯坦方程的一个非静止的宇宙解。哈勃(Edwin P.Hubble)关于遥远星系红移的发现,进一步证实了这样的观念,即宇宙通过其膨胀而进化。     

前列腺素:从实验室到临床

这里,我要讲一讲,在瑞典早期前列腺素研究背景及我参加的临床研究的近期发展。 1945年,我参加卡洛林斯卡学院生理学学会会议时,主持签发会议录的冯·欧拉(Von Euler)博士问我,对研究山羊精囊腺中的少量脂质提取物是否感兴趣。我同意了,从此开始了前列腺素的研究。     

西格尔:从1921到1981

世界上有多少人知道表彰数学家一生成就的最高奖是沃尔夫数学奖?世界上又有多少人知道首届沃尔夫数学奖获得者之一是西格尔?     

木乃伊:从天然到人工

木乃伊本是天然形成,为什么后来变成了人工制作? 在埃及开罗博物馆,人们能看到这样一个场景:一只狗躲在墙后的三角形阴影中,好像刚刚逃离埃及的烈日,正靠在墙上恹恹而睡.仔细打量后才发现,这实际上是一具干尸:这只狗在3000年前就已经死了,但它的头毛、皮肤保存得如此完好,一眼望去,仿佛它还活着,正在那里打盹儿.在埃及干燥的沙漠气候下,尸体埋在沙中,就有可能形成这种天然木乃伊.     

人类:从傲慢到谦恭

20世纪60年代,美国生物学家蕾切尔·卡森以一本振聋发聩的小册子<寂静的春天>,开创了环境保护的新时代.她写道:"它们(杀虫剂)使得鸟儿的歌唱和鱼儿在河水里的欢跃静息下来,使树叶披上一层致命的薄膜,并长期滞留在土壤里--造成这一切的(人类活动的)本来目的,可能仅仅是为了少数杂草和昆虫."     

能源科技发展前沿及未来方向

<正>1能源革命的大趋势在讨论能源科技发展方向之前,我们首先需要展望一下中国和全球能源变革的趋势.中国能源革命的方向可概括为能源消费革命(由粗放低效逐步转向节约高效)和能源生产革命(由黑色高碳逐步转向绿色低碳);而能源科技革命是它们的支撑,智能化、电气化、低碳化、高效化是能源技术革命的方向.     

坐便器的人生思考——从普通到智能

<正>坐便器,俗称马桶,是人类历史上最伟大的发明之一。美国诗人弗罗斯特曾经说过:人的出生和死亡都在床上,但其余的时间都在马桶上思考。[朴实无华和高端大气]在卫生条件极其不佳的过去,坐便器对于中国人来说似乎是一种奢侈品。但在如今,它们已经走进了千家万户,很多农村地区也使用上了抽水马桶,有些家庭甚至会配备两三个。目前,许多家庭用的都是普通的虹吸式坐便器。虹吸式坐便器冲水噪音小,但一定要先蓄水至很高的水位,才能将污物冲洗干净,所以要具备一定水量才可达到冲净的目的,每次至少要用8升水,非常不环保。     

从“氧气”到“氧”:从实物到概念

从科学史的视角来探究科学的发生发展,不仅可以一窥科学历程的全貌,还可以对科学概念的演进、科学理论的兴衰、科学思想的进步、科学方法的完善以及科学文化的传播作深入细致的考察。吴以义先生在海外学习研究科学史数十年,深谙其旨趣。他的工作主要集中在科学革命时代以及中国文化与西洋文化比较交流等方面,著有《从哥白尼到牛顿:日心学说的确立》《海客述奇:中国人眼中的维多利亚科学》等多本专著,立意、文笔俱佳。本刊酝酿多年的"科学史专栏"终于启动,给大家带来了吴先生探讨"氧化"概念的开篇之作。本栏目会向更多科学史家约稿,读者们可以在历史的语境下更加立体地理解科学,欣赏科学。     

太空作物:从梦想到现实

在南太平洋海底俄罗斯“和平号”轨道站的残骸中 ,有一个保加利亚建造的微型温室———太空小麦首次在那里培育成功。温室计划负责人塔尼亚·伊万诺娃认为 :“我们在历史上树起了一个里程碑 ,第一次证实了一种有机物在失重情况下可按正常生命周期发育生长。”伊万诺娃说 ,这 50 8颗第一批太空小麦种子于1999年初收获于“和平号”轨道站。这些麦种再次播种 ,并在当年收获了第二茬 ,产量是第一茬的 2倍。然而 ,设在加州的美国航空航天局艾姆斯研究中心的生态学家杰伊·斯基尔斯说 ,由于太空没有引力 ,这对作物的生根造成了影响 ,不同的光照条…     

异种器官移植:从过去到未来

<正>科学家研究人兽嵌合胚胎的一个主要目的是异种器官移植,即将动物的组织器官移植到人类病患身上,挽救生命。当然,这种移植了动物组织器官的人类也属于嵌合体。其实,异种移植并不是最近才出现的新鲜事物,其历史可追溯到300多年前。这其中曾充斥过勇敢与狂热、欺骗与无知,最后才渐渐走上了科学的正途。     

认知微生物:从对手到伙伴

正微生物是地球上生物多样性最为丰富的生物,包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生生物、显微藻类等在内的一大类生物群体。它们是这个星球最早的居民,根据存在环境的不同分为土壤微生物、空间微生物、空气微生物、肠道微生物、海洋微生物等。它们个体微小,但在维持生物圈和为人类提供众多未开发的资源方面发挥着重要的作用。