蝴蝶模式:大科学时代科研范式的创新探索--基于中国科学院深圳先进技术研究院15年科学与产业融合发展的实践

大科学时代,创新链与产业链深度融合,推动“线性模型”和“巴斯德象限”的底层逻辑不断演进,世界科学研究的形态逐渐向创新主体协同互动、各类要素系统集成演变。中国科学院深圳先进技术研究院在深入实践“线性模型”和“巴斯德象限”的基础上,聚焦打造创新链与产业链的闭环生态,坚持科学与产业一体设计、一体推进,构筑了“0—1—10”纵向融通重构和“10—∞”横向跨界整合的“蝴蝶模式”,并进行了体系化探索和系统化实践,有效促进了新产业、新业态的形成和扩展。

国家重大科研仪器研制项目组织实施概况及成效分析——以中国科学院深圳先进技术研究院为例

科学仪器的创新既是科技创新的组成部分,也是推动科技创新的重要支撑。国家重大科研仪器研制项目在推动基础研究、促进原始创新方面具有重要意义和作用。本文介绍了新型科研机构典型代表——中国科学院深圳先进技术研究院承担的国家重大科研仪器研制项目情况及成效,从项目的组织、实施、应用等方面进行了分析总结,以期为该类项目的管理提供参考。

打通创新链,促进产学研——中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学发展及展望

近年来,新兴前沿交叉学科"合成生物学"飞速发展,新型研发机构典型代表中国科学院深圳先进技术研究院在合成生物学领域高速发展,取得了一系列瞩目成绩。本文梳理和总结了中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学团队在研究方向布局、人才团队建设、重大项目承担、载体平台建设、科研成果与产业合作等方面的现状和特色,并对其内外部原因进行了分析:一是得益于新时代新兴交叉学科的崛起、国家及地方的相关科技政策和人才政策的支持;二是中国科学院深圳先进技术研究院工研院的定位、多学科交叉及前瞻性学科布局、"人才强院"战略和良好的人才环境。以期为新型研发机构中新兴前沿交叉学科的发展提供参考与借鉴。

深圳地区季节风特征研究

本研究利用深圳地区8个沿海、陆地自动气象站2007年6月1日至2017年6月1日11年的小时风速观测数据,按不同季节对各站历史阵风观测进行特征分析研究,并计算比较各站的阵风系数。结果表明,沿海气象自动站四季风力观测普遍高于陆地自动站的风力;8个气象台站在夏、秋季受台风影响的最大阵风大于冬春之际受冷空气影响的最大阵风。各台站中,距离海岸最近的港口码头气象站,盐田港、妈湾港、蛇口码头具有最小的阵风系数;随着离海岸距离的增加,气象站的阵风系数变大,即距海岸线远的气象站的大风更具阵性特点。各台站中背仔角与盐田港是大风记录最为频繁的气象站,历史上受台风影响下的最大阵风达到了12级以上,最大平均风分别达到了9级和10级。进一步的大风个例分析结果表明,相比较台风、冷空气条件下的大风,深圳地区强对流天气引发大风更具有阵性的特征,大风发生地点更随机。本研究可以为不同季节条件下深圳地区的风力预测和风险评估提供指导。

热带气旋影响下的深圳港湾码头最大阵风预报方法研究

通过分析深圳三个沿海港口码头自动气象站(盐田港、妈湾港、蛇口码头)的瞬时极大风资料与热带气旋的主要特性(即热带气旋强度、热带气旋离气象站的距离、热带气旋相对于气象站的方位角的关系),提供了一个气象站在热带气旋影响下的最大阵风定量预报方法。同时分析了2004—2014年6月的所有距离气象站700km范围内的热带气旋以及3个气象站的同期小时极大风观测。研究结果表明,瞬时极大风具有间歇性,热带气旋对观测站的风力影响受周边环境影响大,越开阔的地域,热带气旋风力影响越大。一般情况下,深圳的3个沿海自动站中盐田港受热带气旋风力影响的程度远大于妈湾港和蛇口码头。当热带气旋靠近华南沿海,热带气旋对东北象限的风影响最大。在此象限中,强热带风暴级别以上的热带气旋引发盐田港瞬时大风的距离可以达到400km以上。热带气旋引发的深圳沿海自动站瞬时极大风(阵风>17.2m·s^(-1))统计模型在2014年7月至2016年9月得到了很好的验证。本研究对深圳市气象局针对港口码头抗台防风的精细化预报服务以及全市的台风预警发布提供了有价值的参考。

2008—2017年深圳降水时空特征研究

利用深圳市2008—2017年数据完整率超过95%的78个自动气象站小时雨量资料,采用一种“邻近”站点添补方法对缺失和异常数据进行添补,对深圳市近10年的年降雨量和月降雨量的时空特征进行研究,使用深圳国家基本站数据分析降水的日内变化特征和规律。结果表明:深圳市近10年的年平均降雨量为1863.9mm,大部分行政区降水有不显著(p=0.05)微弱上升,10年间的降雨日有不显著的增加。年内各月降雨分配不均,6月降雨最多。各月降雨的变化幅度不一致,5、6和8月年际变化相对较大。降雨的日内变化特征表现为,夜间降雨少于白天,春季降雨峰值出现在午后,夏季降雨峰值出现在午前,秋季降雨具有双峰性,冬季降雨少,日内分布相对均匀。月降雨空间分布上呈现两种型态,第一模态是深圳西北地区降雨低于其他地区降雨,降雨高值集中在中部地区和东南地区;第二模态是深圳地区月降雨呈现西北向东南方向逐级增加或减少。研究深圳地区降雨的时空特征,对深圳市防汛抗灾,水资源的利用和管理具有重要指导意义。

深圳地区日极值气温的降尺度研究

气象与人类日常生活的关系十分密切,气象预报一直是人类社会高度关注的问题。随着经济的发展和社会的进步,人类对天气预报的准确性提出了越来越高的要求,迫切希望实现气象要素精细化预报。获取详细准确的区域气象资料是实现气象精细化预报的首要条件,全球大气环流模式是目前预估大尺度未来全球气候变化最重要的模式,能较好地模拟出大尺度的平均特征。但是模式预报输出的空间分辨率较低,无法获取精细的区域气象资料,很难对区域天气情景变化做出详细的预测,而降尺度方法可用于弥补这方面的缺陷。文章的研究工作主要是利用统计降尺度的多元线性回归方法和BP神经网络方法对深圳地区近十年的日最低温度和最高温度进行降尺度分析研究。采用的数据是美国国家环境预报中心/美国国家大气研究中心提供的FNL全球分析资料和深圳国家基本观测站——竹子林站的实际观测数据,重点研究了基于BP神经网络方法和多元线性回归方法的统计降尺度模型的设计与实现过程,并对两种方法的结果进行了比较,为区域站点的统计降尺度应用提供了设计方法和参考。

DNA数据存储中DNA保存技术的研究进展与挑战

数据信息的规模呈指数级增长与现有存储介质储存能力不足的矛盾日益凸显,亟需通过开发新型介质解决相应问题。DNA基于其数据存储密度超高、能耗低及寿命长等特点,作为一种新兴的数据存储媒介备受关注,尤其在海量“冷数据”存储方面,有望替代现有存储方式。在数据存储过程中,DNA的有效保存是其中重要的一环,该环节直接影响数据的存储密度、稳定性、存储时间,以及数据的写入和读取。针对目前文献中关于DNA保存技术的介绍较少,该文综述了数据存储中DNA保存技术的研究进展和策略,讨论了现有的DNA保存技术应用在DNA数据存储中面临的困难与挑战,对DNA数据存储的实现方式进行了展望。

2017-2022年深圳海水入侵变化趋势及影响因素

基于深圳市25个海水入侵监测孔2017-2022年的监测数据,选用氯离子(Cl^(-))浓度作为评价指标,分析了深圳市海水入侵的空间分布及变化趋势。研究结果显示,深圳市地下水层埋藏较浅,水位高程变化较为稳定,海水入侵主要分布在宝安沙井片区、南山中心区、盐田保税区及大鹏葵涌河口。研究结合了区域地质、岩土层类型、电阻率物探、降雨量变化和人类活动等要素,分析结果表明,开采地下水是造成海水入侵的重要因素,第四纪断裂是海水入侵的潜在通道,人工填土层区域容易受到海水入侵,降雨量对海水入侵影响的相关性较小。本研究可为深圳市海水入侵防灾减灾管理提供参考。

智能电动汽车信息感知技术研究进展

智能电动汽车是一类特殊的移动智能机器人,能够改变人类生活品质、时空价值和文化融合。主要介绍了智能电动汽车发展的历程和国内外相关研究的发展水平和核心技术;重点讨论了智能电动汽车车-路感知、智能充电桩和电池管理系统等智能电动汽车主要研究热点,分析了传感技术、数据融合算法、控制算法和通信技术等智能汽车关键核心技术的研发现状。随着大数据、云计算等新型智能传感技术的发展,未来的智能感知将彻底改变传统机器视觉技术在底层特征上的模式识别。在智能电动汽车产业化过程中也需解决人性、安全性、可靠性以及法律和道德等问题。总之,智能电动汽车技术的迅猛发展将改变人类的时空观念,也必将对交通运输业产生深远且革命性的影响。

低剂量口腔CT成像系统关键技术与成像方法研究

口腔CT(Dental CT)是专门针对人体颌面部进行X射线成像的设备,其在颌骨内阻生牙的术前评估、口腔种植、颞下颌关节病、颌骨囊肿及肿瘤、牙髓病与根尖周病及口腔正畸学等方面具有重要应用。目前,国外已经研发出一些口腔CT产品,但价格昂贵,功能和技术指标也存在诸多不足。而我们自主研制的口腔CT系统具有无损、分辨率高、影像无重叠、无畸变、剂量低等优点。凭借着分辨率高、影像无畸变的数字化成像优势,该系统可广泛应用于口腔种植、齿科外科、牙体牙髓科、牙周疾病等方面的医学诊断。

面向大数据的海云数据系统关键技术研究

由于数据产生成本的急速下降,人类社会产生的数据不仅以指数级别增长,而且数据的结构变得日趋复杂,使得传统的数据分析技术遇到了极大的挑战。如何对大量复杂数据进行分析和挖掘,从中提取有价值的知识用于决策,已经成为产业界和学术界的广泛关注问题,在一些国家已上升到国家战略层面。本文介绍了大数据的基本概念、特征和面临的科学问题,总结了中国科学院战略性先导科技专项"面向感知中国的新一代信息技术研究"中"海云数据系统关键技术研究与系统研制"课题的一些先期成果,为开发大数据管理、分析和挖掘系统提供一些参考依据。

电动汽车电子差速控制技术研究综述

首先,阐述电动汽车(Electric vehicle,EV)驱动系统的布置结构以及差速控制的原理和优缺点,并介绍用于电子差速控制(Electronic differential control,EDC)的Acekermann转向模型和3自由度整车动力学模型,进而剖析非线性扰动和整车模型的设计理念;其次,重点综述电动汽车分布式驱动结构的电子差速控制策略、多机抗扰控制及优化算法的相关研究成果,并从成果走向、局限性及可能的发展空间分析其发展态势;最后,从整车模型、控制策略、抗扰算法和效果验证等四个方面,总结电动汽车电子差速控制技术的现状,并展望未来发展可能.

胶囊内窥镜位置方向磁场定位技术的研究

胶囊内窥镜是极有潜力的新型肠胃道检查手段,但是目前的临床胶囊内窥镜产品还存在一些问题需要解决,其准确定位跟踪是关键之一。在各种可能的定位方法中,利用磁体的定位技术具有明显的优势:无需供电、占用胶囊空间小、可以连续跟踪、实时性强和无副作用。本文重点讨论基于磁场传感器阵列实现对胶囊中磁体进行定位的方法,通过算法和系统的优化设计,实现了以磁偶极子为数学模型的3维位置和2维方向实时定位跟踪。为了消除人体运动对胶囊跟踪的干扰影响,本文提出对胶囊和参考目标磁体同时定位的方法,也提出了对胶囊的3维位置和3维方向的全6维定位算法以开展三维重建和病变组织的准确测算。实验结果证明本系统可对胶囊内窥镜实现2～3mm精度的定位跟踪。

基于纳米铜烧结互连键合技术的研究进展

第三代半导体与功率器件的快速发展对封装互连技术提出了新的需求,纳米铜、银烧结互连技术因其优异的导电、导热、高温服役特性,成为近年来第三代半导体封装进一步突破的关键技术。其中,纳米铜相较于纳米银烧结具有明显的成本优势和更优异的抗电迁移性能,然而小尺寸铜纳米颗粒的制备、收集与抗氧化性都难以保证,影响了其低温烧结性能与存储、使用的可靠性。该文回顾了近年来面向第三代半导体与功率器件封装的纳米铜烧结技术的最新研究成果,分析了尺度效应、铜氧化物对烧结温度及扩散的影响,总结了键合表面纳米化修饰、铜纳米焊料的制备与烧结键合、铜纳米焊料氧化物自还原等多项技术的优势与特点,展望了烧结铜技术进一步面向产业化应用的研究方向。

虚拟人皮肤建模技术研究概况与展望

总结了国内外虚拟人皮肤建模技术的研究概况,从逼真性角度将传统的研究方法分为两层结构法和物理结构法两大类进行描述与分析;对各种皮肤建模方法特别是物理结构法进行了概要分析.最后展望了虚拟人皮肤建模技术的几个发展方向.

薄膜热膨胀系数测试技术研究

热膨胀系数是薄膜的重要热学性能参数,也是薄膜热应力和残余应力计算分析过程中的关键数据。文章基于热诱导弯曲原理,分别采用单基片法和双基片法对氮化钛(TiN)和铝(Al)薄膜的热膨胀系数进行测试,并着重对双基片法的测试误差和适用性进行了分析。研究结果表明,薄膜在不同材质基底上弹性模量的差异是影响双基片法薄膜热膨胀系数测试精度的重要因素。当不同材质基片上薄膜弹性模量差异较小时,双基片法测得的热膨胀系数与单基片法所获结果基本一致;而当不同材质基片上薄膜弹性模量相差较大时,双基片法将不再适用。此外,文章结合薄膜的形貌、结构和残余应力表征测试,对TiN和Al薄膜热膨胀系数与其块体材料的差异进行了分析,结果显示残余压应力会导致薄膜热膨胀系数增大,而残余拉应力则具有相反的效果。

中国空间生命科学40年回顾与展望

我国空间生命科学的探索起源于20世纪60年代,1981年随着空间生命专业委员会的正式成立,依托此专业的学术交流平台,空间生命科学进入多学科并进多机构建设的新阶段.随着中国载人航天及空间探索研究的深入发展,以分支学科或重大问题为牵引,我国在空间生命科学的几个重要领域取得了一系列关键成果.本文从发展历程、研究成果、平台模型、重大项目与后续展望等方面综述了我国空间生命科学40年的发展历程与标志性成果,为后续发展提供借鉴与参考.

医学光声层析成像技术及其临床应用研究进展

光声效应是指样品被短脉冲激光照射后受激产生超声波的一种现象。基于此效应的光声成像技术是一种新型的生物医学成像模式,其在过去的十年中越来越受到临床和产业的关注,目前已成为生物医学成像领域发展最快的技术之一。光声成像是一种混合型的成像方式,它结合了光学成像的高对比度和光谱识别特性,以及超声成像大穿透深度下仍具备较高分辨率的特点。光声技术可对微血管、血红蛋白浓度、血氧含量、氧代谢、脂肪等进行高特异性的成像,能够灵敏地反映生理特征变化,与超声技术的形态和结构成像具有很强的互补性。光声成像技术的这些特性使其在临床及生物医学研究领域均具备广泛的应用潜力,尤其适用于恶性肿瘤、心血管疾病、微循环异常等重大和常见疾病的成像诊断和治疗引导。本文将介绍光声层析成像技术在乳腺癌、前哨淋巴结及血管内成像等方面的最新研究进展和临床应用情况。

政务大数据管理技术研究进展

近年来,互联网+政务蓬勃发展,促进了互联网与政府公共服务体系的深度融合,数字政府建设已初见成效。如何实现互联网+政务大数据的规范、高效、安全管理、共享和应用,推动解决“三融五跨”问题,是高质量建设数字政府、推进国家治理体系和治理能力现代化的关键。该文首先综述了国内外政务数据管理发展历程;然后,围绕互联网+政务大数据管理全生命周期中采集技术、存储技术、融合技术、计算技术、应用技术及安全技术进行阐述,总结了主流数据管理技术演进历程;最后,探讨了互联网+政务数据管理中若干亟待解决的问题,明确了互联网+政务大数据管理技术的未来发展趋势。