赋予机器理解人类情感的能力是人工智能领域最具挑战性的前沿课题之一。随着心理学、神经科学与人工智能技术的深度融合, 基于脑神经活动解码情绪状态的情感脑机接口正在成为新兴研究热点。该文聚焦心理学与神经科学前沿发展对情感脑机接口的启发, 系统梳理该领域的关键进展与未来方向。在理论层面, 探讨情绪心理学新进展如何重构情感计算范式, 为神经解码提供更符合真实场景的计算框架; 在技术层面, 分析神经科学如何启发计算模型架构, 应对实际挑战; 在应用层面, 论述学科交叉如何促使情感脑机接口将研究话题从情绪状态识别拓展至个体差异量化测评等新兴方向。最后, 展望情感脑机接口技术在用户体验、人机交互、心理健康等领域的应用潜力, 并讨论其面临的伦理与技术挑战。
能源转型使全球关键金属需求激增, 其“城市矿产”循环利用对保障资源供应与绿色发展至关重要。该文旨在分析能源转型中新兴“城市矿产”循环利用的潜力与挑战, 阐述了风电、光伏及储能产业中关键金属消费需求、循环利用潜力、循环现状与挑战, 并针对风机叶片复合材料、光伏组件、锂离子电池等新兴“城市矿产”, 剖析了主流循环工艺、技术成熟度、回收成本与政策法规、上下游产业链协同与环境影响等方面的瓶颈。分析发现, 能源转型新兴“城市矿产”资源潜力巨大, 但实现其高效循环利用面临技术难度大、回收成本与环境成本较高、产业链不完善、政策支持不足等多重制约因素。针对当前难点, 未来应聚焦于突破核心循环利用技术工艺、健全政策标准体系、优化产业链布局、强化经济激励机制并推动产品生态设计; 分析结果可为保障战略资源安全及促进绿色低碳发展提供参考。
安全疏散与客流疏运是地铁客流组织的主要组成部分, 是关系乘客安全的重点研究问题。为系统了解公共安全领域中地铁车站安全疏散与客流疏运的发展情况与研究趋势, 首先针对国内外已发表相关文献开展文献计量学分析, 包括发文统计量分析与关键词分析; 然后分别针对安全疏散和客流疏运方面, 从研究内容特点、研究方法等方面开展回顾和综述。分析表明：安全疏散方面, 实验手段存在规模受限、无法重现实际疏散过程等局限性, 难以大规模实施; 数值模拟方法作为主要分析手段, 仍需结合大数据、机器学习等智能算法对疏散路径进行动态优化。客流疏运方面, 现有客流模拟与控制优化措施存在自适应性不足、计算复杂度高等问题。虚拟现实、机器学习和图像识别等人工智能手段和大数据方法, 是下一步研究应重点关注的内容。
天然石墨是中国具有全球竞争力的优势战略性矿产资源, 其精矿及深加工产品产量长期稳居全球首位。作为碳元素的结晶矿物, 天然石墨具备高导电性、高导热性、耐高低温、低摩擦系数及优异的热稳定性、化学稳定性、生物相容性等多重独特特性, 这些特性使其广泛用于冶金、机械、电子电气、化工、航空航天、核工业、新能源、环保和医疗等传统与战略性新兴产业, 成为支撑多领域发展的基础材料。针对天然石墨基材料的功能拓展与性能优化需求, 该文系统综述了其研究进展, 重点涵盖石墨层间化合物、天然石墨负极材料、膨胀石墨、柔性石墨, 粉体石墨烯及微晶石墨基各向同性石墨, 为天然石墨基材料的进一步研究与工业化应用提供全面参考。
涡轮冲压组合循环发动机是高超声速飞行器实现宽速域、大空域和水平起降等飞行能力的理想动力装置, 由航空燃气涡轮发动机与冲压发动机组合而成, 是当前以及未来空天领域研究的重点。涡轮冲压组合循环发动机在宽速域(Ma为0~7.0)运行时, 存在涡轮发动机与冲压发动机之间的模态转换。模态转换过程需要各部件和系统间密切配合和协同调控, 具有涉及学科范围广、技术复杂度高和实现难度大等特点, 已成为制约涡轮冲压组合循环发动机技术发展的关键问题。该文首先系统总结了世界各国或组织对于涡轮冲压组合循环发动机的研究进展, 分析了模态转换过程存在的“推力陷阱”和整机多部件协同调控等问题; 随后, 从进气系统设计及调节技术, 高性能涡轮及冲压发动机整机设计与火箭助燃增推技术, 排气系统设计及调节技术, 组合发动机系统集成、模态转换控制与试验测试技术等4个维度进行综述, 并详细对比分析了不同类型的关键技术, 总结了各类关键技术的研究进展。结果表明, 进气系统非设计点性能与多物理场耦合设计、旋转爆震新型燃烧技术研发、三维喷管调控与多流道协同匹配技术研发和全链条研发体系建设将成为涡轮冲压组合循环发动机领域未来研究的重点。该文研究结果可为涡轮冲压组合循环发动机技术从理论研究迈向工程应用奠定基础。
生物大分子的三维结构是理解生命机制和新药研发的基石。该文以蛋白质数据库(PDB)为主线, 系统回顾了生物大分子结构数据库50余年的演进轨迹, 从早期三维原子坐标存档, 到SCOP、Pfam等功能分析和注释数据库的扩展, 再到AlphaFoldDB等人工智能(AI)预测结构数据库的爆发式增长。该文指出, 数据库与AI已形成一个“数据-模型”的共生双螺旋, 高质量实验数据训练AI, AI预测结果反哺数据库, 共同驱动结构生物学从实验主导迈向“计算-实验”协同新范式。然而, 数据偏差、质量不均、动态信息缺失、进化多样性不足, 以及AI带来的可信度与治理挑战仍待突破。该文认为, 未来生物大分子结构数据库将沿“AI增强—深度集成—AI原生”路径持续演化, 最终成为承载生物大分子结构“数字孪生”的可信知识引擎, 实现从理解结构到理性设计功能的跨越, 为生物医药与生物技术产业带来持续的创新动力, 也为生命科学基础研究提供新的范式。
随着智慧城市与智能网联汽车(intelligent connected vehicles, ICV)的深度融合发展, 构建“车-路-云一体化”协同生态成为提升交通安全与效率、推动城市交通智能化转型的关键途径, 但智慧城市基础设施与智能网联汽车(“双智”)协同发展存在诸多挑战。该文系统综述了智慧城市基础设施与智能网联汽车协同交互的研究进展和未来趋势。首先, 剖析“双智”协同的运行逻辑与核心架构, 阐述智慧城市为智能网联汽车在智能交通信号控制、环境感知通信支持等方面带来的赋能, 以及智能网联汽车给智慧城市在交通态势感知与决策优化方面的反馈机制, 并构建了多层次车-路-云一体化系统框架; 接着, 对比分析了国际和国内在车端智能化、路端智能化以及车路云协同构建方面的不同发展路径、产业落地情况与技术瓶颈; 然后, 重点探讨支撑“双智”协同的关键技术, 如通信感知一体化、车-路-云一体化控制系统及多传感器融合定位的技术原理和算法等; 最后, 系统梳理了当前面临的核心挑战, 对未来研究方向进行了展望。该研究为“双智”深度融合与协同发展提供了理论参考与技术支撑。
准确预测海上浮式结构物的动力响应对于结构安全和运营规划至关重要。该文综述了人工智能在海上浮式结构物动力响应预测中的最新应用与研究进展。首先, 总结了浮式结构物动力响应的复杂性和传统数值仿真方法在计算效率和精度上的局限, 阐明了引入人工智能的必要性。然后, 分析了人工智能在浮式结构物的动力响应时序、极值和疲劳预测3个方向的应用情况, 涉及浮式油气平台、浮式生产储卸油装置和浮式风机等常见的海上浮体。最后, 评论了现有应用在预测精度、泛化能力、计算成本和工程适用性等方面的优势和不足, 指出了物理可解释性、域外泛化能力和不确定性量化等亟待解决的关键问题, 并展望了未来的发展方向。该文有助于加快人工智能在海洋工程领域的进一步推广。
滤波电容器是电子设备整流滤波系统中的关键组件, 承担稳定电压、平滑信号的核心功能。相比传统介电电容器, 电化学电容器具有体积小、容量高的优势, 近年来因适配超小型电子设备对高电容密度的需求成为研究热点, 并有望成为新一代高端滤波电容器。然而, 电化学滤波电容器内部缓慢的离子迁移行为, 制约了其频率响应能力, 难以满足滤波电容器的高频率响应需求。为解决上述问题, 研究者在电极材料物相选择、微观孔结构调控和电容器结构设计等方面取得了逐步突破, 将电化学滤波电容器的面积比容量由最初的80 μF·cm-2提升至6 mF·cm-2。该文在梳理电化学滤波电容器发展脉络的基础上, 系统综述了电化学滤波电容器在材料体系与多尺度结构设计方面的最新进展, 总结了适配高频滤波场景的设计思路与研究策略, 进一步展望了电化学滤波电容器在性能提升策略、产业化规模制造与跨领域应用方面的前景与挑战。
针对球床式反应堆高温球流耦合模拟研究的新进展, 重点阐述了球流与传热机理基础研究; 在反应堆全堆芯尺度数值模拟与人工智能方面, 近期取得了突破性进展。主要涵盖三大方向：球流模拟技术, 传热机理研究, 智能算法应用。核心成果是自主研发的GRAPE三维并行计算平台, 在普通工作站实现了千万级球流系统的高精度高效模拟; 发展了球尺度传热模型; 融合了神经网络加速的辐射传热算法与改进的网格搜索技术, 展现出优异的全堆芯球床温度场预测能力, 开发了RT-Net多分支卷积网络和Pre-Net图像生成网络。上述成果标志着球流研究方法论的质的飞跃, 不仅解决了该领域的关键技术难题, 更为高温多相球流系统的多物理场耦合分析建立了新范式, 并指出了今后高温气冷堆堆芯研发的重点问题及发展方向。
剪力墙结构是高层建筑中常用的抗侧力体系, 其设计质量直接影响建筑的安全性与经济性。传统设计方法在高层建筑结构设计中存在局限性, 而基于图像的设计方法在空间感知方面展现出优势。该文提出了一种基于生成对抗网络(GAN)和剪力墙-梁联合训练的结构布置智能设计方法, 以提升剪力墙结构的方案设计质量。通过语义化处理200套建筑结构图纸, 构建了包含建筑设计图、剪力墙布置图、梁布置图及空间功能图的数据集。采用典型的GAN模型pix2pixHD, 通过联合训练同时生成剪力墙与梁的布置。采用基于相似性计算的SSWall和SBeam指标, 评估模型生成结果的设计质量。结果表明, 随着输入图像分辨率增加, 模型性能显著提升; 在剪力墙布置阶段引入建筑空间功能信息可进一步提高设计质量。相比剪力墙和梁布置独立训练方法, 联合训练方法在设计质量上更优。在1 536×768像素的图像分辨率下, 联合训练方法的SSWall达0.850, SBeam达0.770, 优于其他低图像分辨率下的结果。此外, 通过对一座典型高层住宅楼的案例研究, 验证了该方法的有效性, 生成的结构布置图与工程师设计模型在动力特性及层间位移角上基本一致, 差异在工程可接受范围内。
审稿意见