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来源： 发布时间：2019-07-26
地理地质
全球变暖背景下的陆海温差研究
南京大学地理与海洋科学学院邹欣庆教授课题组以海岸线为界，向陆海各缓冲200千米作为研究区，将中国海岸带划分为渤海，黄—东海和南海3个区域；利用ERA-Interim再分析资料和18个CMIP5气候模式数据，分析了中国海岸带当前（1979年—2014年）和未来（2005年—2100年）陆海温差时空变化特征。研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。1979年—2014年，陆海温差在夏季有明显变化，渤海和黄—东海区域以1998年为界，先下降后增加；南海区域变化趋势与之相反。冬季整个中国海岸带地区陆海温差总体都呈减少趋势。陆—海增温速率差异和全球变暖停滞对其有显著影响。陆海温差空间分布还受城市化引起的地表增温影响。
雷达遥感与影像大地测量研究进展
中南大学地球科学与信息物理学院测绘与遥感科学系朱建军教授团队提出了机载干涉SAR测量中残余运动误差的参数化建模方法，研究成果发表于IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters。由于机载SAR系统搭载的惯导系统的精度有限，导致SAR数据成像处理过程中仍然存在未补偿掉的运动轨迹残差，即残余运动误差。残余运动误差会引起InSAR干涉测量在方位向和距离向产生严重的相位偏差，特别是在重轨干涉测量中，因此残余运动误差的精确估计对于地形测绘（和地表形变监测）至关重要。分析结果表明，原始干涉图中的相位偏差被有效纠正，而且，新方法在低相干区（特别是植被区）仍然能够达到很好的效果。
低山丘陵高砾石含量对土壤水—氮输移循环的影响
中国科学院南京地理与湖泊研究所朱青研究员课题组揭示了低山丘陵高砾石含量对土壤水-氮输移循环的影响。系列研究成果分别发表于Journal of Geophysical Research和Journal of Hydrology。丘陵山区水土流失严重，土壤中的砾石含量很高，体积比可达30%以上。在我国，约有18%的国土面积被砾石性土壤所覆盖。土壤中大量砾石的存在，会改变一系列关键地表过程，影响着流域水土资源的可持续利用和生态环境的保护与优化。研究呼吁在土壤调查和数据库构建以及土壤水、碳和氮循环模拟的研究中引入土壤砾石的相关参数，以便更加准确地揭示和评估分布广泛的高砾石土壤的水文和生物地球化学循环过程与污染物排放。
物种分布纬度梯度格局形成原因研究
中国科学院动物研究所乔慧捷副研究员与英国牛津大学、雷丁大学、布里斯托大学及美国新墨西哥大学、堪萨斯大学等单位开展合作研究，构建了没有种间相互作用、进化机制极其简单的虚拟场景，评估了环境变化对生态位宽度的纬度梯度格局的影响程度。研究成果发表于Global Ecology and Biogeography。该研究将全球陆地区域网格化并与环境空间结合，重构了物种进化的历史和全球尺度的生物多样性格局，利用细胞自动机（cellular automaton）算法来模拟虚拟物种的生态位宽度和分布范围沿纬度梯度的变化趋势。该研究重现了一些重要的生态学现象（如多样性/环境适应能力等的维度梯度），并在一定程度上证明了Rapoport’s Rule等假说。
东北亚地幔过渡带二维三重震相波形模拟
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室大陆岩石圈演化动力学学科组陈凌研究团队与南京大学副教授王涛等合作，基于78个中国地震局固定台站记录的3个深源地震数据，通过二维三重震相波形模拟，获得了东北亚地区地幔过渡带中停滞的俯冲板片形态及其与周围地幔的地震波速度结构信息。研究论文发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。东北亚地区位于太平洋板块俯冲至欧亚大陆之下的俯冲前缘，在这里俯冲板片深达地幔过渡带并停滞在660千米间断面之上。准确刻画俯冲板片形态与速度结构对于理解板片与地幔间的相互作用、相关俯冲过程及浅表地质响应等具有重要的科学意义。
透过性拦沙坝调控泥石流研究进展
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所周公旦研究员团队以梳子坝为研究对象，在透过性拦沙坝调控泥石流研究中取得进展，相关研究成果发表于Landslides。透过性拦沙坝作为泥石流防治工程中广泛使用的工程措施，具有结构简单、施工方便、透水性好、拦排兼备等优点。研究结果表明，泥石流流态和内部应力状态深受泥石流含水率的影响，进而呈现梳子坝对泥石流的不同调控效果。研究成果首次将梳子坝对泥石流的调控效果（物质拦截率、速度减小率）和梳子坝的结构形式（开口宽度）、泥石流的来流性质（含水率）有机耦合起来，这对科学合理的工程设计具有明确的指导意义。
倒数第二次冰消期气候变化特征及海陆变迁对降水同位素组成的影响
中国科学院地球环境研究所蔡演军研究员团队联合国内外同行，对山东上小峰洞一根涵盖倒数第二次冰消期的石笋（SD1）进行铀系测年和碳氧同位素组成分析，分析结果发表于Quaternary Science Reviews。季风降水对于山东半岛农业生产和经济社会的发展至关重要。与山东毗邻的渤海和黄海海域水深不足100米，冰期—间冰期全球冰盖的扩张与消融导致全球海平面的升降幅度能够超过120米，这会引起山东半岛的海岸线发生巨大的迁移。海岸线迁移造成的海陆格局的变化，能够显著改变区域下垫面状况、粉尘输出、季风降水及降水的氧同位素组成等，使其成为研究区域与全球环境变化联系的关键区域。
地幔间断面成因及地幔对流模式研究进展
中国科学院测量与地球物理研究所倪四道研究团队与中国科学技术大学及国际同行开展合作，首次发现了非对称路径660千米间断面散射波震相，揭示了地幔410及660千米间断面的小尺度起伏特征，为地幔对流模式研究提供关键证据。该成果发表于Science。板块构造学说是固体地球科学的基石，刻画了岩石圈的基本运动学特征，而地幔对流理论则为理解板块运动规律提供了动力学基础。研究团队基于温度及化学成分对地幔间断面各种横向尺度起伏的不同控制作用，对间断面的成因及地幔对流模式开展研究。该研究聚焦于地球内部界面起伏探测方法，提出了非对称路径背向散射PKP波约束小尺度起伏的新方法。
人工智能
可用于癌症诊断治疗的磁性微游动机器人
哈尔滨工业大学机电学院机器人技术与系统国家重点实验室谢晖教授团队开展了可重构磁性微机器人群：多模态转换、定向移动与集群作业的研究，有望为癌症治疗中高效靶向给药和早期诊断体内成像提供有效解决方案。研究成果发表于Science Robotics。研究团队开发了一种磁性微游动机器人，这种呈花生状的磁性游动机器人长3微米，直径2微米，只有头发丝直径的约四十分之一。该机器人可成千上万地组队协同作业，机器人之间通过非常小的作用力交流，自组织成一个多模态的群体，就像蚁群用触觉或气味交流一样。群体可在旋转磁场的调控下，展现出多种随环境或任务快速响应的模态。
可自主升级的无人驾驶平行智能测试模型
中国科学院自动化研究所与清华大学、西安交通大学人工智能与机器人研究所等单位合作，提出了一种新的图灵测试方法来测试和验证无人车对复杂交通场景的理解和行驶决策的能力，对构建和测试其他人工智能系统具有重要的启发意义。研究成果发表于Science Robotics。该项研究历经10余年，实现了一种无人驾驶测试与验证的平行计算框架及其系统。研究团队构建了一个人在回路的平行智能测试模型，主要通过3个步骤，使其具有在人类专家指导下自动自我升级的认知机制。该研究工作引入对抗式学习模型，以使系统能够自动生成新的任务实例，以促使无人驾驶车辆进一步提高适应复杂环境的能力。
大脑使用其内在的活动状态（alpha振荡）解决视知觉模糊性证据
华南师范大学心理学院陈骐教授课题组揭示了大脑利用其内在的神经振荡状态解决知觉模糊性的神经机制，研究论文发表于PLOS Biology。研究团队观察到视觉系统中最主要的神经振荡alpha频段（8～13Hz）为知觉组织加工提供了时间窗：在模糊的动态视觉场景中，当大脑的alpha振荡较慢，相继呈现的两帧刺激会落在同一个alpha周期内，它们会在时间上整合在一起，从而产生一种感知；当alpha振荡较快，两帧会落在不同的alpha周期中，它们会在空间上整合在一起，从而产生另一种感知。大脑能够利用这种内在alpha振荡的实时速度，来积极预测最可能的感知，在真实刺激呈现之前，就提前激活预期感知的神经表征。
人机交互与人工智能: 从交替浮沉到协同共进
中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室田丰等人在《中国科学：信息科学》上联合发表“人机交互与人工智能: 从交替浮沉到协同共进”的综述文章。文章指出，人机交互与人工智能是智能信息时代备受关注的两大重要研究领域。通过人机交互与人工智能发展历程可以发现，二者的关系从过去的此起彼伏逐渐变成了当下的相互促进，基于二者深度融合的典型应用也在教育、医疗等关键领域不断涌现。人机交互为人工智能提供了应用需求和研究思路，而人工智能也驱动了人机交互技术的发展和变革。放眼未来，人机交互与人工智能将保持当下这种相互促进、互相驱动的关系, 更加深入地融合并协同发展。
像素级高效人手检测研究进展
中国科学院软件研究所武延军团队张立波等人在像素级高效人手检测领域取得进展，为人手运动视频的实时检测估计处理提供了一种新方法，有望用于网约车、公交车等驾驶状态实时监控，减少安全事故。相关成果发表于国际人工智能会议AAAI Conference on Artificial Intelligence (AAAI 2019)。研究团队提出了一种尺度不变的全卷积神经网络，补充加权特征融合模块学习不同尺度的特异性，对网络的中间层也加入了监督，以迭代的方式融合多个尺度的特征进行最后的预测，与当前最好方法相比，在保证精度的同时检测速度更快，将单张图像处理速度最高提升4.23倍，首次达到62.5 fps。
人脸识别新突破：真实场景下的大规模双样本学习方法
中国科学院自动化研究所朱翔昱、雷震等研究人员提出的大规模双样本学习方法包括两个方面：一是提出了一种分类—验证—分类(CVC)的训练策略来逐步提高实际场景中的性能，二是针对大规模分类问题提出了DP-softmax使得深度学习在超大规模类别的分类上具有可扩展性。研究成果发表于International Journal of Computer Vision。近年来得益于网络架构、训练策略以及人脸数据的发展，人脸识别技术取得了进步，越来越多地被推广到安防领域，延伸出考勤机、门禁机等多种产品，产品系列达20多种类型，可以全面覆盖煤矿、楼宇、银行、军队、社会福利保障、电子商务及安全防务等领域。
用量子计算方案实现Hopfield神经网络“联想记忆”功能
上海交通大学金贤敏教授团队基于三维光子集成芯片，在实验上通过量子随机行走成功演示Hopfield神经网络“联想记忆”功能，相关研究成果发表于Physical Review Applied。量子信息科学与人工智能技术不断取得了诸多改变传统信息科学的进展。量子信息科学以量子物理基本原理作为依托，结合数学、信息科学、光电工程等学科，有望为信息安全和计算机的绝对计算能力带来了革命性的提升；同时，作为人工智能研究领域中一个极其重要的研究分支，在大数据时代背景下，机器学习能有效地抽取信息，在信息技术、社会科学等多个领域中展示出解决实际问题的巨大潜力。这两个前沿领域的交叉研究是近年热点方向。
实现动物裸眼红外光感知和红外图像视觉能力
中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授研究组与美国马萨诸塞州州立大学医学院韩纲教授研究组合作，结合视觉神经生物医学与创新纳米技术，实现动物裸眼红外光感知和红外图像视觉能力。该研究成果发表于Cell。在生物进化历程中没有出现任何基于感光蛋白的能够感知超过700纳米的红外光的动物感光细胞，更无法在大脑中形成红外光图像视觉（个别动物如部分蛇类的红外线感知能力是通过温度感知实现的）。科学家尝试利用一种可吸收红外光发出可见光的上转换纳米材料，导入动物视网膜中以实现红外视觉感知。体外感光细胞单细胞光电生理记录证实这种纳米材料确实可以吸收红外光后激发小鼠视杆细胞电活动。
新型材料
轻质、高强以及缺陷不敏感的热解碳纳米点阵
清华大学航天航空学院李晓雁课题组与浙江大学及美国布朗大学、加州理工学院合作，制备实现了同时具有超轻、高强度、大变形、缺陷不敏感的热解碳纳米点阵。研究论文发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。研究团队制备出了同时具有超轻、高强、大变形和缺陷不敏感的微纳米力学超材料。这些新型热解碳纳米点阵展示了前所未有的力学性能：不仅具有超低的密度，而且具有超高的强度和比强度以及奇特的缺陷不敏感性。这些优异的力学性能主要归功于：对于点阵几何结构的拓扑优化设计；将结构中杆件的特征尺寸控制在了纳米量级；采用高温热解方法获得了优质的热解碳材料。
绿色可回收塑料
北京大学化学与分子工程学院吕华课题组从胶原蛋白中广泛存在的天然氨基酸4-羟基L-脯氨酸(4-HYP)出发，制备了一系列桥环内硫酯(NR-PTL)单体，用廉价催化剂与温和条件实现了其可控聚合，制备了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高达259kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。研究论文发表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各类塑料制品在过去半个世纪为社会发展与生活便捷做出了巨大贡献。该系列聚硫酯在常规环境中极为稳定而在弱碱稀溶液中可以完全化学解聚，100%产率回收得到纯净的内硫酯单体。
超柔性纳米发电复合材料
上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室郭益平教授和刘河洲教授课题组在超柔性纳米发电复合材料领域取得的重要进展，研究成果发表于Nano Energy。利用具有层次结构的电子级玻璃纤维布材料体系为基底，通过浸渍的方法在其上沉积具有层次结构的纳米压电发电材料。制备的压电纤维布复合材料中每根纤维表面都包裹了一层纳米级厚度的PZT材料，每根纤维之间的PZT之间互相连接，形成了一种类似于玻璃纤维布的多层次结构。电子级玻璃纤维布本身所具有的宏观超柔性和微观刚性给予了这种压电纤维布具有高效的能量传递、转换及超柔性。这种压电纤维布可以实现插指电极掩膜设计和上下柔性电极贴合封装设计。
新型水净化过滤纸
中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领科研团队，在羟基磷灰石超长纳米线应用于环境保护领域研究工作的基础上，以具有良好生物相容性的羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料，与天然植物纤维复合，研制出新型水净化过滤纸，相关研究结果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。新型水净化过滤纸的纯水通量随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而提高，与高打浆度植物纤维过滤纸（添加聚酰胺环氧氯丙烷树脂）相比纯水通量可提高约3200倍。新型水净化过滤纸可应用于微米颗粒、纳米颗粒、细菌等污染物的高效过滤和去除，其去除效率可达到或接近100%。
有机小分子致介孔沸石材料
北京大学深圳研究生院洪梅副教授、上海大学刘轶教授和广东省纳米微米材料研究重点实验室科研人员合作，提出了一种有机小分子致分子筛晶内介孔的新机理，研究成果发表于Chemistry of Materials。沸石分子筛由于具有均一的微孔结构，内在可调的酸性，良好的水热稳定性以及择形选择性。研究人员提出有机小分子致介孔的机理：首先有机小分子在合成液中去质子化形成稳定的有机负离子，该有机负离子通过亲核进攻使骨架Si-O和Al-O键断裂，同时反应液中的钠离子与有机负离子通过静电作用进行自组装形成团簇，从而产生尺寸远大于有机小分子的介孔孔道。
具有超高电导率的砷化铌纳米带
复旦大学修发贤教授团队与中国科学院强磁场科学中心、南京大学等研究人员合作，开展外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率的相关研究，研究论文发表于Nature Materials。研究团队基于费米弧这个低散射率机制，制备出了具有超高电导率的砷化铌纳米带，而且费米弧这一特性即使在室温也仍然有效。这一发现为材料科学寻找高性能导体提供了新思路。导体是集成电路制造中不可或缺的材料之一，广泛用于元器件间的互连、构成电感元件等。随着集成电路的特征尺寸越来越小、集成度越来越高、器件之间的相互连接越来越密集，寻找超高导电材料成为人们研究的一个重要目标。
高性能石墨烯阴极防腐涂层
中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与黏合剂团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层破损后会加速金属基体腐蚀这一隐患，分别采用生物质呋喃环氧单体通过DA反应对石墨烯进行表面封装，实现了石墨烯/环氧涂层的长效防腐。研究成果发表于Carbon。由于存在活性链段，FmG可有效提高与环氧基体之间的界面相容性，改善涂层致密性，并极大地增强氧气或水蒸气等物质透过涂层的“迷宫”效应，延缓涂层的失效。电化学测试表明，FmG材料具有优良的防护性能，复合涂层电阻相对空白涂层增加了3～4个数量级。结合机理研究，表明采用绝缘改性“钝化”石墨烯也可以有效地抑制“阴极腐蚀促进活性”。
纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢柯院士、李秀艳研究员等人带领合作团队，发现纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应。研究论文发表于Physical Review Letters。研究发现对于塑性变形制备的纳米晶Cu、Ag、Ni样品，准静态拉伸变形时，随着晶粒尺寸从亚微米减小至纳米量级，晶界迁移先逐渐增强，而当晶粒尺寸小于临界值时，晶界迁移逐渐受到抑制。采用合适退火工艺对Cu中临界尺寸附近未发生机械弛豫的纳米晶进行热处理，使其晶界发生热弛豫，同时保持晶粒尺寸基本稳定，在后续进一步拉伸变形过程中其晶界迁移明显受到抑制，晶粒表现出更高的机械稳定性。科
全球变暖背景下的陆海温差研究
南京大学地理与海洋科学学院邹欣庆教授课题组以海岸线为界，向陆海各缓冲200千米作为研究区，将中国海岸带划分为渤海，黄—东海和南海3个区域；利用ERA-Interim再分析资料和18个CMIP5气候模式数据，分析了中国海岸带当前（1979年—2014年）和未来（2005年—2100年）陆海温差时空变化特征。研究成果发表于Journal of Geophysical Research: Atmospheres。1979年—2014年，陆海温差在夏季有明显变化，渤海和黄—东海区域以1998年为界，先下降后增加；南海区域变化趋势与之相反。冬季整个中国海岸带地区陆海温差总体都呈减少趋势。陆—海增温速率差异和全球变暖停滞对其有显著影响。陆海温差空间分布还受城市化引起的地表增温影响。
雷达遥感与影像大地测量研究进展
中南大学地球科学与信息物理学院测绘与遥感科学系朱建军教授团队提出了机载干涉SAR测量中残余运动误差的参数化建模方法，研究成果发表于IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters。由于机载SAR系统搭载的惯导系统的精度有限，导致SAR数据成像处理过程中仍然存在未补偿掉的运动轨迹残差，即残余运动误差。残余运动误差会引起InSAR干涉测量在方位向和距离向产生严重的相位偏差，特别是在重轨干涉测量中，因此残余运动误差的精确估计对于地形测绘（和地表形变监测）至关重要。分析结果表明，原始干涉图中的相位偏差被有效纠正，而且，新方法在低相干区（特别是植被区）仍然能够达到很好的效果。
低山丘陵高砾石含量对土壤水—氮输移循环的影响
中国科学院南京地理与湖泊研究所朱青研究员课题组揭示了低山丘陵高砾石含量对土壤水-氮输移循环的影响。系列研究成果分别发表于Journal of Geophysical Research和Journal of Hydrology。丘陵山区水土流失严重，土壤中的砾石含量很高，体积比可达30%以上。在我国，约有18%的国土面积被砾石性土壤所覆盖。土壤中大量砾石的存在，会改变一系列关键地表过程，影响着流域水土资源的可持续利用和生态环境的保护与优化。研究呼吁在土壤调查和数据库构建以及土壤水、碳和氮循环模拟的研究中引入土壤砾石的相关参数，以便更加准确地揭示和评估分布广泛的高砾石土壤的水文和生物地球化学循环过程与污染物排放。
物种分布纬度梯度格局形成原因研究
中国科学院动物研究所乔慧捷副研究员与英国牛津大学、雷丁大学、布里斯托大学及美国新墨西哥大学、堪萨斯大学等单位开展合作研究，构建了没有种间相互作用、进化机制极其简单的虚拟场景，评估了环境变化对生态位宽度的纬度梯度格局的影响程度。研究成果发表于Global Ecology and Biogeography。该研究将全球陆地区域网格化并与环境空间结合，重构了物种进化的历史和全球尺度的生物多样性格局，利用细胞自动机（cellular automaton）算法来模拟虚拟物种的生态位宽度和分布范围沿纬度梯度的变化趋势。该研究重现了一些重要的生态学现象（如多样性/环境适应能力等的维度梯度），并在一定程度上证明了Rapoport’s Rule等假说。
东北亚地幔过渡带二维三重震相波形模拟
中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化国家重点实验室大陆岩石圈演化动力学学科组陈凌研究团队与南京大学副教授王涛等合作，基于78个中国地震局固定台站记录的3个深源地震数据，通过二维三重震相波形模拟，获得了东北亚地区地幔过渡带中停滞的俯冲板片形态及其与周围地幔的地震波速度结构信息。研究论文发表于Journal of Geophysical Research: Solid Earth。东北亚地区位于太平洋板块俯冲至欧亚大陆之下的俯冲前缘，在这里俯冲板片深达地幔过渡带并停滞在660千米间断面之上。准确刻画俯冲板片形态与速度结构对于理解板片与地幔间的相互作用、相关俯冲过程及浅表地质响应等具有重要的科学意义。
透过性拦沙坝调控泥石流研究进展
中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所周公旦研究员团队以梳子坝为研究对象，在透过性拦沙坝调控泥石流研究中取得进展，相关研究成果发表于Landslides。透过性拦沙坝作为泥石流防治工程中广泛使用的工程措施，具有结构简单、施工方便、透水性好、拦排兼备等优点。研究结果表明，泥石流流态和内部应力状态深受泥石流含水率的影响，进而呈现梳子坝对泥石流的不同调控效果。研究成果首次将梳子坝对泥石流的调控效果（物质拦截率、速度减小率）和梳子坝的结构形式（开口宽度）、泥石流的来流性质（含水率）有机耦合起来，这对科学合理的工程设计具有明确的指导意义。
倒数第二次冰消期气候变化特征及海陆变迁对降水同位素组成的影响
中国科学院地球环境研究所蔡演军研究员团队联合国内外同行，对山东上小峰洞一根涵盖倒数第二次冰消期的石笋（SD1）进行铀系测年和碳氧同位素组成分析，分析结果发表于Quaternary Science Reviews。季风降水对于山东半岛农业生产和经济社会的发展至关重要。与山东毗邻的渤海和黄海海域水深不足100米，冰期—间冰期全球冰盖的扩张与消融导致全球海平面的升降幅度能够超过120米，这会引起山东半岛的海岸线发生巨大的迁移。海岸线迁移造成的海陆格局的变化，能够显著改变区域下垫面状况、粉尘输出、季风降水及降水的氧同位素组成等，使其成为研究区域与全球环境变化联系的关键区域。
地幔间断面成因及地幔对流模式研究进展
中国科学院测量与地球物理研究所倪四道研究团队与中国科学技术大学及国际同行开展合作，首次发现了非对称路径660千米间断面散射波震相，揭示了地幔410及660千米间断面的小尺度起伏特征，为地幔对流模式研究提供关键证据。该成果发表于Science。板块构造学说是固体地球科学的基石，刻画了岩石圈的基本运动学特征，而地幔对流理论则为理解板块运动规律提供了动力学基础。研究团队基于温度及化学成分对地幔间断面各种横向尺度起伏的不同控制作用，对间断面的成因及地幔对流模式开展研究。该研究聚焦于地球内部界面起伏探测方法，提出了非对称路径背向散射PKP波约束小尺度起伏的新方法。
人工智能
可用于癌症诊断治疗的磁性微游动机器人
哈尔滨工业大学机电学院机器人技术与系统国家重点实验室谢晖教授团队开展了可重构磁性微机器人群：多模态转换、定向移动与集群作业的研究，有望为癌症治疗中高效靶向给药和早期诊断体内成像提供有效解决方案。研究成果发表于Science Robotics。研究团队开发了一种磁性微游动机器人，这种呈花生状的磁性游动机器人长3微米，直径2微米，只有头发丝直径的约四十分之一。该机器人可成千上万地组队协同作业，机器人之间通过非常小的作用力交流，自组织成一个多模态的群体，就像蚁群用触觉或气味交流一样。群体可在旋转磁场的调控下，展现出多种随环境或任务快速响应的模态。
可自主升级的无人驾驶平行智能测试模型
中国科学院自动化研究所与清华大学、西安交通大学人工智能与机器人研究所等单位合作，提出了一种新的图灵测试方法来测试和验证无人车对复杂交通场景的理解和行驶决策的能力，对构建和测试其他人工智能系统具有重要的启发意义。研究成果发表于Science Robotics。该项研究历经10余年，实现了一种无人驾驶测试与验证的平行计算框架及其系统。研究团队构建了一个人在回路的平行智能测试模型，主要通过3个步骤，使其具有在人类专家指导下自动自我升级的认知机制。该研究工作引入对抗式学习模型，以使系统能够自动生成新的任务实例，以促使无人驾驶车辆进一步提高适应复杂环境的能力。
大脑使用其内在的活动状态（alpha振荡）解决视知觉模糊性证据
华南师范大学心理学院陈骐教授课题组揭示了大脑利用其内在的神经振荡状态解决知觉模糊性的神经机制，研究论文发表于PLOS Biology。研究团队观察到视觉系统中最主要的神经振荡alpha频段（8～13Hz）为知觉组织加工提供了时间窗：在模糊的动态视觉场景中，当大脑的alpha振荡较慢，相继呈现的两帧刺激会落在同一个alpha周期内，它们会在时间上整合在一起，从而产生一种感知；当alpha振荡较快，两帧会落在不同的alpha周期中，它们会在空间上整合在一起，从而产生另一种感知。大脑能够利用这种内在alpha振荡的实时速度，来积极预测最可能的感知，在真实刺激呈现之前，就提前激活预期感知的神经表征。
人机交互与人工智能: 从交替浮沉到协同共进
中国科学院软件研究所计算机科学国家重点实验室田丰等人在《中国科学：信息科学》上联合发表“人机交互与人工智能: 从交替浮沉到协同共进”的综述文章。文章指出，人机交互与人工智能是智能信息时代备受关注的两大重要研究领域。通过人机交互与人工智能发展历程可以发现，二者的关系从过去的此起彼伏逐渐变成了当下的相互促进，基于二者深度融合的典型应用也在教育、医疗等关键领域不断涌现。人机交互为人工智能提供了应用需求和研究思路，而人工智能也驱动了人机交互技术的发展和变革。放眼未来，人机交互与人工智能将保持当下这种相互促进、互相驱动的关系, 更加深入地融合并协同发展。
像素级高效人手检测研究进展
中国科学院软件研究所武延军团队张立波等人在像素级高效人手检测领域取得进展，为人手运动视频的实时检测估计处理提供了一种新方法，有望用于网约车、公交车等驾驶状态实时监控，减少安全事故。相关成果发表于国际人工智能会议AAAI Conference on Artificial Intelligence (AAAI 2019)。研究团队提出了一种尺度不变的全卷积神经网络，补充加权特征融合模块学习不同尺度的特异性，对网络的中间层也加入了监督，以迭代的方式融合多个尺度的特征进行最后的预测，与当前最好方法相比，在保证精度的同时检测速度更快，将单张图像处理速度最高提升4.23倍，首次达到62.5 fps。
人脸识别新突破：真实场景下的大规模双样本学习方法
中国科学院自动化研究所朱翔昱、雷震等研究人员提出的大规模双样本学习方法包括两个方面：一是提出了一种分类—验证—分类(CVC)的训练策略来逐步提高实际场景中的性能，二是针对大规模分类问题提出了DP-softmax使得深度学习在超大规模类别的分类上具有可扩展性。研究成果发表于International Journal of Computer Vision。近年来得益于网络架构、训练策略以及人脸数据的发展，人脸识别技术取得了进步，越来越多地被推广到安防领域，延伸出考勤机、门禁机等多种产品，产品系列达20多种类型，可以全面覆盖煤矿、楼宇、银行、军队、社会福利保障、电子商务及安全防务等领域。
用量子计算方案实现Hopfield神经网络“联想记忆”功能
上海交通大学金贤敏教授团队基于三维光子集成芯片，在实验上通过量子随机行走成功演示Hopfield神经网络“联想记忆”功能，相关研究成果发表于Physical Review Applied。量子信息科学与人工智能技术不断取得了诸多改变传统信息科学的进展。量子信息科学以量子物理基本原理作为依托，结合数学、信息科学、光电工程等学科，有望为信息安全和计算机的绝对计算能力带来了革命性的提升；同时，作为人工智能研究领域中一个极其重要的研究分支，在大数据时代背景下，机器学习能有效地抽取信息，在信息技术、社会科学等多个领域中展示出解决实际问题的巨大潜力。这两个前沿领域的交叉研究是近年热点方向。
实现动物裸眼红外光感知和红外图像视觉能力
中国科学技术大学生命科学与医学部薛天教授研究组与美国马萨诸塞州州立大学医学院韩纲教授研究组合作，结合视觉神经生物医学与创新纳米技术，实现动物裸眼红外光感知和红外图像视觉能力。该研究成果发表于Cell。在生物进化历程中没有出现任何基于感光蛋白的能够感知超过700纳米的红外光的动物感光细胞，更无法在大脑中形成红外光图像视觉（个别动物如部分蛇类的红外线感知能力是通过温度感知实现的）。科学家尝试利用一种可吸收红外光发出可见光的上转换纳米材料，导入动物视网膜中以实现红外视觉感知。体外感光细胞单细胞光电生理记录证实这种纳米材料确实可以吸收红外光后激发小鼠视杆细胞电活动。
新型材料
轻质、高强以及缺陷不敏感的热解碳纳米点阵
清华大学航天航空学院李晓雁课题组与浙江大学及美国布朗大学、加州理工学院合作，制备实现了同时具有超轻、高强度、大变形、缺陷不敏感的热解碳纳米点阵。研究论文发表于《美国国家科学院院刊》（PNAS）。研究团队制备出了同时具有超轻、高强、大变形和缺陷不敏感的微纳米力学超材料。这些新型热解碳纳米点阵展示了前所未有的力学性能：不仅具有超低的密度，而且具有超高的强度和比强度以及奇特的缺陷不敏感性。这些优异的力学性能主要归功于：对于点阵几何结构的拓扑优化设计；将结构中杆件的特征尺寸控制在了纳米量级；采用高温热解方法获得了优质的热解碳材料。
绿色可回收塑料
北京大学化学与分子工程学院吕华课题组从胶原蛋白中广泛存在的天然氨基酸4-羟基L-脯氨酸(4-HYP)出发，制备了一系列桥环内硫酯(NR-PTL)单体，用廉价催化剂与温和条件实现了其可控聚合，制备了分散度小（通常低于1.15），分子量可控（最高达259kg/mol）的聚硫酯高分子（PNRPTE）。研究论文发表于Journal of the American Chemical Society。合成高分子如各类塑料制品在过去半个世纪为社会发展与生活便捷做出了巨大贡献。该系列聚硫酯在常规环境中极为稳定而在弱碱稀溶液中可以完全化学解聚，100%产率回收得到纯净的内硫酯单体。
超柔性纳米发电复合材料
上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室郭益平教授和刘河洲教授课题组在超柔性纳米发电复合材料领域取得的重要进展，研究成果发表于Nano Energy。利用具有层次结构的电子级玻璃纤维布材料体系为基底，通过浸渍的方法在其上沉积具有层次结构的纳米压电发电材料。制备的压电纤维布复合材料中每根纤维表面都包裹了一层纳米级厚度的PZT材料，每根纤维之间的PZT之间互相连接，形成了一种类似于玻璃纤维布的多层次结构。电子级玻璃纤维布本身所具有的宏观超柔性和微观刚性给予了这种压电纤维布具有高效的能量传递、转换及超柔性。这种压电纤维布可以实现插指电极掩膜设计和上下柔性电极贴合封装设计。
新型水净化过滤纸
中国科学院上海硅酸盐研究所朱英杰研究员带领科研团队，在羟基磷灰石超长纳米线应用于环境保护领域研究工作的基础上，以具有良好生物相容性的羟基磷灰石超长纳米线作为主要构建材料，与天然植物纤维复合，研制出新型水净化过滤纸，相关研究结果发表于ACS Applied Materials & Interfaces。新型水净化过滤纸的纯水通量随着羟基磷灰石超长纳米线含量的增加而提高，与高打浆度植物纤维过滤纸（添加聚酰胺环氧氯丙烷树脂）相比纯水通量可提高约3200倍。新型水净化过滤纸可应用于微米颗粒、纳米颗粒、细菌等污染物的高效过滤和去除，其去除效率可达到或接近100%。
有机小分子致介孔沸石材料
北京大学深圳研究生院洪梅副教授、上海大学刘轶教授和广东省纳米微米材料研究重点实验室科研人员合作，提出了一种有机小分子致分子筛晶内介孔的新机理，研究成果发表于Chemistry of Materials。沸石分子筛由于具有均一的微孔结构，内在可调的酸性，良好的水热稳定性以及择形选择性。研究人员提出有机小分子致介孔的机理：首先有机小分子在合成液中去质子化形成稳定的有机负离子，该有机负离子通过亲核进攻使骨架Si-O和Al-O键断裂，同时反应液中的钠离子与有机负离子通过静电作用进行自组装形成团簇，从而产生尺寸远大于有机小分子的介孔孔道。
具有超高电导率的砷化铌纳米带
复旦大学修发贤教授团队与中国科学院强磁场科学中心、南京大学等研究人员合作，开展外尔半金属砷化铌纳米带中的超高电导率的相关研究，研究论文发表于Nature Materials。研究团队基于费米弧这个低散射率机制，制备出了具有超高电导率的砷化铌纳米带，而且费米弧这一特性即使在室温也仍然有效。这一发现为材料科学寻找高性能导体提供了新思路。导体是集成电路制造中不可或缺的材料之一，广泛用于元器件间的互连、构成电感元件等。随着集成电路的特征尺寸越来越小、集成度越来越高、器件之间的相互连接越来越密集，寻找超高导电材料成为人们研究的一个重要目标。
高性能石墨烯阴极防腐涂层
中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进涂料与黏合剂团队针对石墨烯/聚合物复合防腐涂层破损后会加速金属基体腐蚀这一隐患，分别采用生物质呋喃环氧单体通过DA反应对石墨烯进行表面封装，实现了石墨烯/环氧涂层的长效防腐。研究成果发表于Carbon。由于存在活性链段，FmG可有效提高与环氧基体之间的界面相容性，改善涂层致密性，并极大地增强氧气或水蒸气等物质透过涂层的“迷宫”效应，延缓涂层的失效。电化学测试表明，FmG材料具有优良的防护性能，复合涂层电阻相对空白涂层增加了3～4个数量级。结合机理研究，表明采用绝缘改性“钝化”石墨烯也可以有效地抑制“阴极腐蚀促进活性”。
纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心卢柯院士、李秀艳研究员等人带领合作团队，发现纳米金属机械稳定性的反常晶粒尺寸效应。研究论文发表于Physical Review Letters。研究发现对于塑性变形制备的纳米晶Cu、Ag、Ni样品，准静态拉伸变形时，随着晶粒尺寸从亚微米减小至纳米量级，晶界迁移先逐渐增强，而当晶粒尺寸小于临界值时，晶界迁移逐渐受到抑制。采用合适退火工艺对Cu中临界尺寸附近未发生机械弛豫的纳米晶进行热处理，使其晶界发生热弛豫，同时保持晶粒尺寸基本稳定，在后续进一步拉伸变形过程中其晶界迁移明显受到抑制，晶粒表现出更高的机械稳定性。科
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