近期成果汇总 | 东南大学科研新动向

近日

东南大学各科研团队

取得了一系列重要成果

包括医疗健康、物理学、脑科学、

人工智能以及光学等多个前沿领域

让我们一起来看看这些令人振奋的成果！

1.东大—歌尔穿戴式医疗健康卓越工程师技术中心成立

2.张永超教授及其合作者在《Physical Review Letters》发表关于中子星融合对类轴子粒子限制的重要成果

3.东南大学脑科学与智能技术研究院在《Cell Reports》上发表最新研究成果

4.刘澄玉教授、李建清教授课题组在TPAMI发表最新研究成果

5.POCT课题组刘宏研究员与马标博士在Advanced Science发表仿生智能软体机器人最新研究成果

6.李全团队在偏振光取向液晶弹性体领域取得重要突破

7.东南大学在亚原子级光辅助载流子传输机理研究上取得重要进展

01

东大—歌尔穿戴式医疗健康卓越工程师技术中心成立

3月22日，东大-歌尔穿戴式医疗健康卓越工程师技术中心成立仪式暨管理委员会首次会议在东南大学四牌楼校区举行。该中心是东南大学与民营龙头企业合作成立的第一个卓工技术中心。歌尔股份有限公司董事刘耀诚、东南大学副校长金石，以及科研院、国家卓越工程师学院、仪器科学与工程学院相关负责人、教师代表等参加活动。

金石对刘耀诚董事一行的来访表示热烈欢迎。金石表示，技术中心是东南大学与歌尔集团深度合作的重要成果，也是校企双方共同推进卓越工程师项目、培养高水平创新人才的重大举措。未来，东南大学也将以此为契机，进一步加强与歌尔集团等单位的全面合作，共同推动科技创新和产业发展，为国家的繁荣与进步做出更大的贡献。

刘耀诚董事对东南大学的欢迎表示感谢，向出席签约仪式的学校领导、老师们介绍了歌尔的基本情况，回顾了校企双方在穿戴式医疗健康领域的合作及进展。他表示，东南大学严谨务实、追求卓越的作风与歌尔集团企业文化十分契合，歌尔自成立以来始终高度重视开放式创新。此次能够与东南大学共建卓越工程师技术中心，为双方在前沿技术创新研发、人才培养等方面的深入合作开启了新篇章，推升了新高度。未来，歌尔将积极投入，与东南大学共同开展穿戴式医疗健康技术研发与应用，积极推动我国医疗健康事业高质量发展。

东南大学仪器科学与工程学院兼职教授、南京医科大学原副校长李建清对工程师技术中心的成立表示了祝贺。

东南大学国家卓越工程师学院副院长刘志远宣读了东大-歌尔穿戴式医疗健康卓越工程师技术中心成立文件以及管理委员会组成名单。歌尔股份有限公司中央研究院常务副院长张金国、东南大学仪器科学与工程学院院长刘澄玉代表双方签署《东大-歌尔穿戴式医疗健康卓越工程师技术中心合作协议》。

成立仪式后，金石主持召开了管理委员会首次会议。

02

张永超教授及其合作者在《Physical Review Letters》发表关于中子星融合对类轴子粒子限制的重要成果

近日，物理学院的张永超教授与其合作者，美国圣路易斯华盛顿大学的P. S. B. Dev教授、加拿大拉瓦尔大学的J.-F. Fortin教授、美国华盛顿大学的S. P. Harris博士和美国俄克拉荷马大学的K. Sinha教授，在美国《物理评论快报》（Physical Review Letters）上在线发表了题为“First Constraints on the Photon Coupling of Axionlike Particles from Multimessenger Studies of the Neutron Star Merger GW170817”的文章。

随着引力波被观测到，现在多信使（multimessenger）探测已经成为粒子物理、天体物理和宇宙学理论和实验研究的前沿热点课题。两个中子星的融合不仅可以产生引力波，而且可以产生大量相伴随的光子信号。而中子星是非常致密的天体，其质量密度可以达到，大概相当于原子核的质量密度。中子星可以用来研究轻的相互作用非常弱的粒子，例如轴子（axion）和类轴子粒子（axion-like particle）。GW170817是第一个被观测到引力波的中子星融合事例，该事例的引力波和光子多信使信号已经被用来限制轴子和类轴子粒子等超出标准模型的粒子。

张永超教授及其合作者首次研究了GW170817中子星融合事例对类轴子粒子与光子相互作用的限制。类轴子粒子可以在中子星中通过与光子的相互作用产生，并飞出中子星。由于相互作用非常弱，类轴子粒子在飞行相当长的距离后衰变为两个光子。该光子可以被地球上的实验例如Fermi-LAT观测到（如图所示）。结合引力波的观测，类轴子粒子衰变产生的光子信号与直接从中子星发出的光子的时间信息和能谱都是不同的。因此Fermi-LAT实验的观测数据可以被用来限制类轴子粒子与光子的相互作用。研究发现，虽然Fermi-LAT的限制不如现有的超新星的限制强，但下一代的实验会增强很多，并排除更多的参数空间。

所有作者为该论文的共同第一作者。张永超教授的工作受到了国家自然科学基金面上项目和东南大学基本科研业务费等项目的资助。

文章链接：https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.101003

03

脑科学与智能技术研究院在《Cell Reports》上发表最新研究成果

近日，Cell Press细胞出版社期刊《Cell Reports》在线发表了东南大学脑科学与智能技术研究院最新研究成果“Non-homogenous axonal bouton distribution in whole-brain single-cell neuronal networks”。该研究揭示了神经元轴突突触前扣结（presynaptic bouton）的分布差异，以及不同神经元形态细节改变对整个鼠脑单细胞神经元结构网络拓扑的影响。

以往研究中常常假设突触连接是均匀分布在轴突树突上，而本文研究团队提出一种更精细的假设：轴突上bouton的分布是不均匀的，并且bouton的分布可以决定网络拓扑。同时，神经元形态细节的改变（树结构的大小、复杂性、bouton的分布密度）对网络结构具有不同程度的影响。为验证这一猜想，研究团队设计了一种基于bouton位置数据生成全脑单细胞结构网络算法，并与bouton均匀分布情况进行比较。在得到结构网络后，研究团队进行了细致的网络分析并探究bouton分布对其影响。另外，研究团队还设计了神经元不同形态变化的操作，以研究其对网络的影响及其与生物学神经形态改变的相关性。

期间，研究团队使用高通量的单神经元全形态重建数据集，通过先进的算法生成了全脑单细胞连接矩阵，揭示了bouton分布的非均匀性不仅存在于轴突内部，在不同的大脑区域之间也有显著差异。这种分布对网络连接、网络结构的度分布、三元组普查和社区结构等方面产生了重要影响。之后，该团队对神经元形态进行扰动，结果说明神经元形态细节对网络属性影响巨大，需要在相关研究分析中密切关注。

本次研究是东南大学脑科学与智能技术研究院近年来在神经元形态领域的系列工作之一，在单细胞尺度，揭示了轴突bouton对全脑结构网络拓扑的影响。该工作拓展了以往基于均匀连接的脑网络连接模型，为理解大脑如何在不同区域和不同神经元之间建立复杂连接提供了新视角。这些发现有利于解释大脑功能的整合和分离机制，为之后更多的数据提供了基础方法，并为未来大脑研究和相关疾病治疗提供了新的思路与工具。

东南大学脑科学与智能技术研究院硕士研究生钱鹏昊和实验室研究员Linus Manubens-Gil为本文共同第一作者，博士研究生姜升殿为第三作者，Linus Manubens-Gil研究员与彭汉川教授为共同通讯作者。

04

刘澄玉教授、李建清教授课题组在TPAMI发表最新研究成果

近日，东南大学仪器科学与工程学院刘澄玉教授、李建清教授团队在人工智能领域国际顶级IEEE模式分析和机器智能期刊TPAMI（IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence）发表了题为“学生损失函数：一种在不确定监督中面向概率假设的方法”（Student Loss: Towards the Probability Assumption in Inaccurate Supervision）的研究论文。该论文针对错误标签（noisy label）数据对模型精度的潜在影响这一普遍问题，提出了一种对特征层数据分布进行先验假设的损失函数构建方法，提升了对含有错误标签的数据集进行训练的学习效果。

近年来有监督的数据驱动算法大大推动了人工智能领域的发展。在该类学习任务中，局部错误标签的出现是普遍现象。特别是大型数据集，含有错标数据/不确定性标注数据是在所难免的。这些被错误标注的样本对模型训练有很大的误导作用，如何在AI模型训练中有效处理这些错标数据成为一个至关重要的问题。

为此，论文提出了一种新的观点，即可以将数据通过模型提取到的深层特征的类概率分布假设为特定的长尾T分布来有效抑制错标数据影响，并从理论推导和实验验证两个方面给出了详实论证。论文证实了一种新的损失函数（Student Loss）机制，可以在训练中对干净样本与错标样本进行自主筛选，从而提升模型表现。同时，结合度量学习策略，论文进一步发展了Student Loss的泛化版本（Large-Margin Version）。

该论文第一作者为东南大学仪器科学与工程学院张铄博士，通讯作者为刘澄玉，论文合作单位包括东南大学计算机科学与工程学院、英国牛津大学，东南大学为该论文的唯一通讯单位。该研究得到了国家自然科学基金，国家重点研发计划，江苏省自然科学基金等资助。

文章链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10412669

05

POCT课题组刘宏研究员与马标博士在Advanced Science发表仿生智能软体机器人最新研究成果

近日，东南大学生物科学与医学工程学院POCT课题组刘宏研究员与马标博士在国际著名学术期刊Advanced Science在线发表标题为“Soft Robots with Plant-Inspired Gravitropism Based on Fluidic Liquid Metal”的最新研究成果。受植物向重性启发，研究人员将液态金属与智能热响应液晶弹性体结合，构建了无电子控制的仿生智能软体机器人。 

据悉，相比传统的刚体机器人，基于柔性智能材料构筑的软体机器人具有更高的运动自由度、更好的环境共融性和交互安全性，在可穿戴设备、智能人机交互、医疗手术等诸多领域有着广泛的应用前景。然而，软体机器人的运动通常依赖于人工调制的激励。在自然界中，植物在无神经系统的控制下，仅仅通过自身巧妙的组成即可对无处不在的重力进行自主形变反馈。受此启发，研究人员利用液态金属在其纳米氧化层内的流动性和电热特性，构建了具有重力感知能力的智能仿生软体机器人。通过改变液态金属软体机器人的空间姿态，实现对其电阻和电热响应的可控编程，进而赋予其类植物重力适应性。基于这一机制，作者进一步设计了可交互的柔性抓手和具有地形感知能力的自振荡爬行机器人。该工作为能够感知重力和加速度的类生命软机器的构筑提供了新的思路。 

东南大学生物科学与医学工程学院博士研究生陈刚胜为第一作者，至善博士后马标为共同第一作者，刘宏研究员和马标博士为共同通讯作者。该工作得到了江苏省自然科学基金、江苏省重点研发计划、中国博士后科学基金等项目资助。 

文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202306129

06

李全团队在偏振光取向液晶弹性体领域取得重要突破

近日，东南大学智能材料研究院院长、首席科学家、化学化工学院李全团队提出了一项创新性的策略，成功实现了液晶弹性体的原位编程取向。相关成果以“In-situ Light-Writable Orientation Control in Liquid Crystal Elastomer Film Enabled by Chalcones”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上,并入选当期的“Hot Paper"。该研究在同行评议中获得所有审稿人的“very important”或“highly important”的评价。据了解，这样的正面评价在该期刊中仅覆盖不到10%的投稿。东南大学博士生徐艺艺为第一作者，东南大学李全和黄帅副研究员为共同通讯作者。

液晶弹性体的偏振紫外光编程各向异性机理及线性偏振紫外光编程后的液晶弹性体薄膜的热致动行为

液晶弹性体是一类拥有本征各向异性的刺激响应性功能材料，其在实现高分辨率图案结构的三维复杂形变方面一直面临着挑战。开发光取向方法可以提供一种有效的方法来控制液晶弹性体的空间取向，以实现三维复杂变形。这种方法可以在不直接接触材料的情况下在微米尺度的小范围内调节分子的排列，为开发具有高分辨率图案结构的液晶器件提供了新的可能性。

研究团队详细介绍了一种利用线性偏振紫外光取向编程各向异性液晶弹性体的机制。基于这一理论框架，他们进一步探索了通过预先编程液晶弹性体薄膜中的液晶排列分布，实现对薄膜弯曲方向和实现任意复杂图案形变的方法。这项研究的结果表明，通过巧妙控制偏振方向和辐照区域，能够在液晶弹性体薄膜中形成图案化的取向分布，从而引发复杂可逆的三维变形行为。这一创新性方法展示了一种利用原位光书写来实现液晶弹性体复杂形变的途径，在加密、传感器和其他领域展现出潜在的应用前景。

该工作得到了江苏省“双创团队”计划、国家自然科学基金等项目的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202319698

07

东南大学在亚原子级光辅助载流子传输机理研究上取得重要进展

近日，东南大学材料科学与工程学院陶立课题组与孙正明/阮秋实团队合作揭示了光诱导质子传输机制对光化学电池稳定性的决定性作用，通过调节质子反应路径实现了具有长循环寿命的光辅助锌离子电池。相关成果以 “Highly Stable Photo-Assisted Zinc-Ion Batteries via Regulated Photo-Induced Proton Transfer”为题发表在国际著名期刊Angew. Chem. Int. Ed上，并被编辑选为Very Important Paper (VIP)，本文第一通讯单位为东南大学材料科学与工程学院。

光诱导质子嵌入的三维重构及调节质子反应路径的机理图

调节质子反应路径后电池的性能表现图

光辅助离子电池可通过光伏效应和储能机制的协同作用获得综合性能（比容量、输出电压平台和光充电能力等）的显著提升。然而，由于复杂的电荷/离子转移机制，光辅助电池在光照下的性能提升通常伴随着容量的快速衰减，表现为较差的光稳定性。

东南大学材料科学与工程学院研究人员首次揭示了光诱导质子传输（photo-induced Proton Transfer）机制在V2O5基半导体光辅助锌离子电池充放电过程中的重要角色。V2O5中的光诱导质子嵌入是光照下电池容量提升的重要因素之一，然而质子在嵌入脱出过程中会引起原子级界面环境的急剧变化，从而成为导致光照下容量不稳定性的主要原因。因此，调控光诱导质子传输路径可获得具有超长光稳定性的光辅助锌离子电池。在模拟太阳光照条件和5 A g–1的电流密度下，循环4000圈后，容量保持率约为90%，光照下的循环稳定性比之前的记录高出一个数量级。这项研究揭示的机制为开发具有长循环寿命的光辅助离子电池开辟了新途径。

东南大学材料科学与工程学院博士生查文文和青年教师阮秋实为本文的共同第一作者，阮秋实老师、孙正明教授和陶立教授为共同通讯作者，东南大学为第一通讯单位。东南大学MEMS教育部重点实验室孙立涛教授和材料科学与工程学院林惠文副教授为本工作提供了相应的理论指导。相关研究受到国家重点研发计划、国家自然科学基金重大培育、青年项目等经费资助。

文章链接：https://doi.org/10.1002/ange.202400621

以“新”促新、以“智”提质

在服务支撑新质生产力发展上

展现新的担当作为！

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来源｜东大新闻网

摄影｜韦朝洪

责编｜宋雨昂

校对｜杨晨

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