科研动态

光速运行人工智能元件的诞生

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- 首尔大学研究团队成功设计出可超高速运算的人工智能元件- 韩国研究团队成功设计出可用于第四次产业革命的核心技术——人工智能神经形态光子元件。 韩国科学技术信息通信部(长官俞英民,以下简称“科技信通部”)指出,首尔大学朴南圭(音)教授、柳善圭(音)博士及朴贤熙(音)博士团队成功利用光子流动模拟了大脑基本功能单元——神经元的工作模式。该技术有望加快高速演算型人工智能的实现。 该技术有望打破传统半导体的局限,开创超高速-低电力神经形态半导体元件的全新领域,是具有里程碑式意义的研究成果。6月3日,该研究工作在线发表于世界顶级学术期刊《先进科学(Advanced Science, IF=12.441)》。 大脑神经元细胞是神经系统的处理器元件,具有与电子电路晶体管相近的功能。 在神经元的信号处理功能和复杂神经网络的连接下,大脑得以发挥学习及记忆功能。 近期备受人们瞩目的深度学习型人工智能技术利用计算机程序模拟了大脑的神经元网络。然而,仅靠“软件化的”神经网络,难以获得稳定高效的人工智能,必须开发与神经元具有相似工作原理和网络结构的硬件,即人工智能专用神经形态*芯片。 随着纳米技术使半导体电子电路精细化到数纳米的量级,发热与运算速度成为了制约半导体元件性能提升的根本要素。当然,这也是实现神经形态半导体“电子”电路的终极制约要素。 幸运的是,利用“光子”而不是“电子”进行演算的神经形态元件可实现在低电力下的无发热高速运转。目前,麻省理工学院(MIT)及斯坦福大学等世界少数研究机构正对此展开十分积极的研究。 研究团队在满足“宇称-时间对称”这一特殊物理对称性的增益、损耗物质基础上,应用了能够控制时间对称性的非线性超材料,成功在光学信号处理过程中,再现了神经元丰富的演算功能。 研究团队开发了输入值与输出值随着光强变化的非线性超材料,将其分别与大脑神经元的钠通道和钾通道对应,成功在神经形态光元件上实现了光速的神经信号处理。 这在理论上证实了可利用光子流动获得如不受外部杂音干扰的强度稳定的电信号等神经形态及仿大脑内存元件所需的丰富功能。这是世界首个可光速运行的超高速仿神经元的概念型光元件设计。 团队带头人朴南圭教授指出“在本研究中,我们以物理学中的对称性再现了生物结构的工作原理,并在此基础上设计了全新的光学元件,体现了学科交叉的思想。” “具体地,我们将光作为信号递质,模拟了神经网络的基本单位——神经元的功能。这不仅为超高速神经形态元件及人工智能的开发带来新的转机,相关功能还有望应用于高稳定度激光等方面。“ 本研究在科技信通部全球化前沿事业(GFP,波能极限控制研究团)、教育部总统Post-Doc. Fellowship课题(PPD)事业及海外优秀新晋研究者吸引事业(KRF)的资助下完成。

电动汽车电池高速充电技术问世

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来自韩国蔚山科学技术院(UNIST)的研究团队成功开发出能够大幅提升电动汽车的电池容量和充电速度的硅材料导电率的创新技术。 6月3日,UNIST能源及化学工学部李准熙(音)教授和浦项工大化学系朴秀珍(音)教授向我们介绍了一种由他们团队合作开发的“低温硅掺杂硫磺制备技术”。 掺杂是一种向基质有目的的添加元素或化合物的工艺,主要应用在半导体工程之中,以提升材料的电学特性。 目前,电动汽车锂离子电池的阴极材料主要使用导电率较高的石墨。然而,石墨存在难以克服的理论容量上限。为此,人们积极的寻找相关的可替代材料。 硅被视为石墨的良好替代物。但其导电率较低,存在充放电时体积变化大,易破裂等问题。 针对硅材料的这一局限性,李和朴教授的研究团队开发出了“1%掺杂法”。即在低温条件下向硅粒子掺杂硫磺。该技术合成得到的“半导体硅”在无碳环境中,导电率依然能够提升50倍以上,可实现电池的高速充电。 半导体拥有介于金属和非金属之间的中间特性,导电率高于非金属。 李教授指出“传统工艺既复杂又昂贵,且稳定性较差,不适合大规模生产。利用此项技术,能够十分简便的制成半导体硅,且该半导体硅能够有效提升锂离子的扩散速度。这是有助于开发可高速充电的高能电池的理想性质。” 朴教授指出“我们发现,在与商用锂电池相同的评价条件下,由该技术制作而成的电池,充电仅需10分钟,就达到了石墨电池四倍以上的电容量。除了电池材料,该技术还有望应用于包括光电子等在内的多样化能源材料产业中。” 本研究成果于5月28日发表在自然科学领域顶级学术期刊《自然•通讯(Nature Communications)》上。

变废为宝:二氧化碳发电•制氢创新技术的诞生

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- 利用水中溶解二氧化碳的简单化学反应,为缓解气候变暖做贡献 蔚山科学技术院(UNIST,院长:郑武英(音))能源与化学工程部金健泰(音)教授团队成功开发出了利用二氧化碳发电,制氢的“水系金属(锌,铝)-二氧化碳系统(Aqueous Zn or Al–CO₂System)”。 该系统是利用水中溶解二氧化碳发电的新型电池。在电化学反应过程中,不仅会消耗温室效应的罪魁祸首——二氧化碳,还可有效发电及制备氢气。 随着气候变暖等环境问题的恶化,二氧化碳捕集•利用•存储技术(CCUS)成为了全球科研工作者们面临的重要课题。 然而,气态二氧化碳的化学性质十分稳定,难以打破其化学键,将其转换成其他物质。为此,世界各国正努力研发能够有效转化二氧化碳的高新技术。 本研究利用二氧化碳溶于水后易转换为其他物质的特性为上述问题提供了一种解决方案。二氧化碳溶于水后,会使水中的氢离子(H⁺)浓度显著增加。水在向酸性转变的过程中,会伴随着电子(electron)的迁移,可以用来发电。 同燃料电池一样,该体系由阴极(金属锌或铝)、分离膜及阳极(催化剂)构成。与电池不同的是,在该体系中,催化剂浸于水中,阴极和导线相连。 发电过程中,二氧化碳将转化为碳酸氢钾,且转化率不低于57%。反应同时伴随着氢气的产生,可谓一石二鸟。 同研究团队去年发表的“金属钠–二氧化碳系统(Hybrid Na-CO₂system)相比,上述利用二氧化碳发电•制氢的技术在效率和安全性方面均得到了显著提升。 该系统由于使用了较传统材料更为经济的电极(金属)和分离膜,成本大幅下降。同时,还消除了爆炸隐患,十分安全。并且,发电功率和制氢速率等方面也得到了有效提升。 UNIST能源及化学工学部金健泰教授表示“该技术在快速、经济的消耗二氧化碳的同时,还能有效发电和制氢,是具有极高实用价值的全球顶尖原创技术。从很快就得到实证研究结果支持的这一点来看,该技术具有极大的商用化可能性。” 韩国科学技术信息通信部指出,本课题在科学技术信息通信部气候变化应对技术开发事业“Korea CCS 2020”的资助下完成,相关成果发表(2019.5.22.)在国际知名学术期刊德国应化(Angewandte Chemie)上。 论文题目:Highly Efficient CO₂ Utilization via Novel Aqueous Zn or Al-CO₂ Systems for H₂ and Electricity Production

韩国成功研发“5G与Wi-Fi无缝切换”技术

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近日,韩国电子通信研究院(ETRI)宣布,其已经成功研发出了“5G与Wi-Fi无缝切换”技术,将使得用户的5G终端可以在5G网络和Wi-Fi网络之间无缝切换。5G微信公众平台(ID: angmobile)了解到,ETRI认为,这项“5G与Wi-Fi无縫切换”技术将在5G时代发挥非常重要的作用;ETRI透露,目前,3GPP正在推进该技术的标准化(2018年6月到2020年):ETRI从2015年起开始研究上述技术,截至目前已经在韩国国内和全球申请了30项相关技术专利;对于这项“5G与Wi-Fi无缝切换”技术的“亮点”,ETRI解释称,目前,4G网络、3G网络、Wi-Fi网络都是各自独立运行,这意味着,用户需要对使用上述哪一类网络进行“手动选择”,造成体验不佳,而“5G与Wi-Fi无缝切换”技术则可以自动地把流量从5G网络导向Wi-Fi网络或者是从Wi-Fi网络切换回5G网络,这样,在5G或者Wi-Fi网络服务质量不佳的时候,用户就不用手动选择接入点了,而是自动切换,可以做到用户“零感知”,从而可大幅提升用户体验;同时该技术还能在多个服务间分散流量,优化传送速度。韩国计划在今年6月进行5G频谱拍卖,并将在2019年正式推出5G商用服务。

韩国增加AI、机器人等“战略领域”研发投资

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    为应对人工智能(AI)、机器人等有望引发第四次产业革命的新兴领域的发展,韩国计划把高新技术R&D投资预算增加49.6%,由今年的3,147亿韩元提升至2017年4,707亿韩元。     韩国未来创造科学部表示,近日召开的“第13届国家科学技术审议会”确定了2017年度政府研究开发项目的预算和分配调整案。与2016年相比,明年政府主要R&D预算增幅较小(0.4%),为129,194亿韩元,但其中对高新技术研发投资增幅较大。     受李世石和Google "AlphaGo” 人机大战影响,人工智能成为人们关注的焦点, 韩国政府在对人工智能领域的研发投资预算也由去年的919亿韩元增加到1,656亿韩元,同比增长80.2%。     此外,对生物产业、中小企业和主干企业的R&D支持,对灾难、灾害及安全、气候变化对应等领域的预算也有不同程度的增加。明年对无人机、可穿戴信息设备等10大成长动力领域的投资预算也增加18.7%,增至10,826亿韩元。     有国家科技力量的“奠基石”之称的基础研究的预算也由今年11,041亿韩元增加到明年的12,634亿韩元,同比增长14.5%。             资料来源:韩国未来科学创造部

一个原子内可存储1bit数据··"一个USB有望存储50万部电影"

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   韩国研究团队近日宣称,成功实现在单个原子存储1bit的数据。这相当于一个USB能够贮存50万部电影。    IBS(基础科学研究院 院长:金斗哲)9号表示, 量子纳米科学研究中心负责人安德烈亚斯·海因里希(前任IBM公司研究)所带领的团队成功实现让一个钬原子十分稳定地识别1bit的数据。此前,要达到1bit的记忆功能大约需要10万个原子才能够实现。    另外,研究团队们在利用2个钬原子区分4个电子自旋共振信号上也获得了成功。钬原子的间距即使是1nm也不会互相造成影响,因此能够将原子紧密排列从而在很大程度提升了贮存密度。    本次研究成果刊登在线发表在3月9号的 《Nature》上面。

韩研究人员,首次成功实现将“CRISPR碱基编辑基因剪刀”应用于动物

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    基础科学研究院金振秀(音译)研究员率领的基因编辑研究团队近日宣称,利用只改变一个碱基的基因编辑方法,即“CRISPR碱基编辑基因剪刀(Base Editor, targeted deaminase)”,成功置换了白鼠的特定基因碱基。这也是首次将碱基编辑基因剪刀应用于动物。相关研究成果刊登于2月28日发行的生命工学领域权威杂志《Nature Biotechnology》上面。    涵盖了生命体所有信息的DNA由4个碱基组成的,它们分别是腺嘌呤(A)、胸腺嘧啶(T)、胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)。这4个碱基互相成双排成特定顺序组合成3个碱基,从而形成密码子(Codon)来储存遗传信息。DNA碱基排序之所以重要是因为只要一个碱基出问题就可能引发严重的疾病。囊肿性纤维化、镰刀型细胞贫血症等就是典型的因单一碱基出问题而引发的遗传疾病。    目前被广泛应用的CRISPR基因剪刀(CRISPR Cas9 或 CRISPR Cpf1)就是找到靶向DNA碱基序列并相互结合后,再剪切掉该部分或者替换成新的碱基序列。该基因剪刀是通过将两股DNA碱基序列剪除,而是实现基因编辑,但改变一个特定的碱基其实是非常困难的。    去年,学术界报告指出,碱基编辑基因剪刀的主要特征是可以替换一个碱基。此次研究证实了碱基编辑基因剪刀可以用于在动物,相关研究成果今后将有望被广泛应用于各种疑难遗传疾病研究。    碱基编辑基因剪刀是由分解胞嘧啶(C)的脱氨基酶和切割DNA的Nickase Cas9(nCas9)共同组成。胞嘧啶脱氨基酶在DNA排序中找出胞嘧啶(C)转换成尿嘧啶(U, DNA的遗传信息传递到RNA之前尿嘧啶替代胞嘧啶),之后伴随着DNA复原,尿嘧啶(U)会变成胞嘧啶(T)。    IBS研究团队利用电气穿孔法和微注射法将CRISPR碱基编辑基因剪刀转至白鼠胚胎。同时,研究团队尝试在负责维持肌肉细胞稳定的Dystropin(Dmd)基因与负责黑色素形成的Tyrosinase(Tyr)基因中进行碱基替换,结果显示培育基因变异白鼠获得成功。替换Dmd基因的碱基后,培育出肌肉退化白鼠;替换Tyr基因的碱基后,诞生了白化变种白鼠。研究团队通过对所有基因测序后,也确认了只在靶向位置发生基因变异这一事实。    金振秀负责人表示,“CRISPR碱基矫正基因剪刀与一般的基因剪刀不同,不会把DNA剪成2段,只需替换单一碱基,可以说一种精确的基因编辑工具”。同时,她也指出“这也显示了引发遗传疾病的突然变异在胚胎阶段可以精确编辑这一可能性”。

糖尿病药‘二甲双胍’可降低癌症患者复发及死亡率

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    据韩国原子能医学院和保健医疗研究院大数据分析结果显示, 被广泛应用于糖尿病治疗的药物二甲双胍能够有效降低部分癌症复发及死亡率。     该研究是韩国原子能医学院的金美淑博士团队及韩国保健医疗研究院高敏静博士团队对国内各种大数据资料共同进行分析得出的结论。     二甲双胍具有让血糖及脂质代谢恢复正常的功效, 从而被广泛应用于治疗糖尿病。其具有抑制癌症功效相关报道出来后,各国相关研究非常活跃。但大多数研究都是在一个机构里以少数患者为对象进行的,所以具有很大的局限性。     此次韩国原子能医学院和保健医疗研究院研究组利用中央癌症登记资料、健康保险申请资料、体检资料和统计厅死亡原因资料等,对患有糖尿病的癌症患者在使用二甲双胍后的癌症复发率及死亡率的相关变化进行了分析。     结果显示,患有糖尿病的肝癌手术患者751人的死亡率及复发率全部降低。使用二甲双胍时死亡率为36.6%,复发率为41.3%,但是未使用41.3%时分别为56.9%及 66.8%。 患有糖尿病的结肠癌手术患者4503人,使用二甲双胍时死亡率与复发率分别是12.8%, 11.3%,未使用时分别为26.9%, 17.6%。直肠癌患者751人,使用二甲双胍时死亡率是14.6%,复发率是19.6%,相反,未使用时分别为24.2%, 30.8%。     同时,以患有糖尿病的胰腺癌手术患者764人为对象而进行死亡率分析,结果显示使用二甲双胍时为72.5%,未使用时为81.6%。     研究人员明确表示“二甲双胍用于肝癌,胰腺癌,结肠癌,直肠癌等消化器官癌症的治疗药是有可能性的”,同时表示‘目前只是通过大数据得出结论,有必要进行更进一步的论证’。    此次研究是保健福祉部“旨在探讨资料联动可能性的医疗技术评估研究”及未来创造科学部“放射性医学政策研发和信息支持”支持下进行的,相关研究成果已经分三次分别登载在2017年1月的《Cancer Research and Treatment》、《Oncotarget》以及 2016年4月的《Medicine-Baltimore》上面。

韩研究人员研发出尿液诊断癌症技术

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   蔚山科学技术院(UNIST)生命科学部赵允静(音译)教授研究团队近日宣布,他们成功研发出从尿液中分离与检测纳米内质网(endoplasmic reticulum)的装置“Exodisc”。该成果刊登2月28日的国际学术期刊《ACS Nano》上面。    纳米内质网几乎存在于人体所有的体液中, 是一种在细胞活动中出现的40~100纳米(nm,1米的10亿分之1)大小的物质, 主要具有肿瘤生成与转移、细胞信号传递等功能。由于纳米内质网包含从哪些细胞出现的遗传信息, 因此也被看作找出病因的新标志,备受关注。    但是由于纳米内质网体积微小,没有适当的方法可以将其有效提取。虽然可以使用分离细胞的离心分离法,但需要超高速分离器。若要分离体积小且密度低的纳米内质网,需要有较大的离心力。准备样品的过程复杂,耗时也比较长。    研究团队在没有提高离心力的情况下,通过将可有效提取出微粒子的过滤器设置于‘Lab-on-a-disc’上,从而研发出了在没有超高速远心分离器情况下也能够提取出纳米内质网的Exodisc装置。    Lab-on-a-disc是在光盘状的芯片上,将各种活体组织一体化从而观测生物化学反应的生物芯片。将芯片与电机相连接,通过电机转动而产生离心力,从而实现简单的微流体流动调节,提取所需物质以及引起生化反应。    研究团队为了去除细菌及多余的蛋白质、有效分离纳米内质网能够达到最佳效果,将装置在Exodisc上的过滤片的孔径设置为 20nm和 600nm。作为本次研究论文的第一作者,吴贤庆(UNIST生命科学部研究院)指出“磁盘状芯片内部有两种过滤器(20nm, 600nm),可以根据大小分离粒子”,“将尿液放置于Exodisc,只能分离浓缩出20nm~600nm大小的粒子”。    另外,研究团队实际上也利用膀胱癌患者的小便,验证了Exodisc的性能。研究团队称,“在癌患者小便中, 发现大量纳米内质网标志物‘CD9’和 ‘CD81‘”,并指出“为了实现通过尿液等体液来简单方便判别疾病,研究团队还将继续努力”

韩国主导5G通信技术标准开发

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          2016年 7月26~28日,亚太电信组织2019年世界无线电通信大会第一次筹备组会议(APG19-1)在中国成都召开。韩国情报通信技术协会(TTA)Gyu-Jin Wi博士当选为“APG-19总会主席”,韩国国立电波研究院(RRA)技术标准科科长金敬美(音)被选为“WP2(移动通信工作组)议长”。     与以往几个大国主导WRC不同的是,近来对于像APG这样的地区机构(目前6个),筹备会议议长被赋予了更强的地区代表性。考虑到APG议长的影响力逐步增大这一情况,此次APG主席团的当选也恰恰反映了韩国在WRC-19领域做出了积极贡献。值得一提的是,在决定5G标准更新换代的WRC-19和APG-19总会主席以及工作组(WP2)对5G通信技术的专业的详细的讨论中,韩国专家都发挥了重要作用,可以说韩国将会促进国际标准的更新换代。     此次当选的APG-19主席团(主席、副主席2人,6个工作组议长等)精心策划了此次的WRC-19会议,“到2019年为止,将会召开5次会议,其中4次会议(2018年)将在韩国召开”。 【6个地区机构:PT(亚太)、CEPT(欧盟)、CITEL(美洲)、ASMG(中东)、ATU(非洲)、RCC(独立国家联合体)】                    资料来源:韩国未来创造科学部