2023年, 第41卷, 第8期　刊出日期：2023-04-28

  

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专题：学科融合与设计创新
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  科技导报. 2023, 41(8): 0-0.

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  未来实验室的成立是清华大学科研机制改革和推动跨学科交叉的重大举措。本着不断创新、探索未来领域、突破学科壁垒的使命感，未来实验室深入开展跨学科交叉研究与学术交流，在产生引领性原始创新重大研究成果方面开展积极探索。
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  构建综合性现代化研究所的实践探索

  罗先刚

  科技导报. 2023, 41(8): 1-2.

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  党的二十大报告提出，要以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴，并明确指出“健全新型举国体制，强化国家战略科技力量”，着重强调了创新在中国式现代化中的核心地位。人类社会的现代化是利用现代科学技术，全面改造人类生存的物质条件和精神条件的过程。纵观现代化发展史，前 3 次科学革命和产业革命的演进表明，与时俱进的科研院所的组织模式和运行机制的改革调整是科学技术现代化的关键要素，直接影响着一个时期人类的现代化进程和发展水平。20 世纪以来，有组织的科研范式逐渐形成并发挥了核心作用，战略科学家、科研机构、市场主体的大协作和交叉融合成为重要特点。
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  行星环境模拟装置在天体生物学研究中的应用

  康梦玲，何媛媛，申建勋，赵宇鴳，潘永信，林巍

  科技导报. 2023, 41(8): 6-16. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.001

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  行星环境模拟装置通过模拟目标天体的特定环境条件开展科学研究，同遥感探测和就位探测等形成重要互补，为开展天体生物学研究提供了重要支撑。综述了国内外代表性行星环境模拟装置及其主要功能设计，介绍了行星环境模拟装置在生命适应类火星极端环境中的策略、地外生命信号探测等天体生物学研究领域中的应用实例，并提出了开拓未来行星环境模拟装置研发和科学研究的建议。
专题：学科融合与设计创新
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  学科交叉与设计创新研究进展

  徐迎庆，王韫，付心仪，焦阳，杨佳伟，路奇，陈迪，乐恢榕

  科技导报. 2023, 41(8): 17-25. https://doi.org/10.3981/j.issn. 1000-7857.2023.08.002

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  多学科交叉与融合是科学研究的重要特征之一，特别是在当今其更是科技发展和社会创新的必由之路。清华大学未来实验室从成立伊始就致力于打破学科壁垒，开展学科交叉与设计创新领域的前沿探索。结合未来实验室的几个学科交叉研究探索，介绍了基于人工智能的通用嗅觉计算理论与方法研究、未来材料与设计研究、智慧人居设计创新研究、无障碍设计创新研究、适老化服务设计研究、终身学习的理论与方法研究等相关领域的主要研究内容、国内外研究现状、未来实验室目前的研究进展以及对未来的展望和建议。
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  人工嗅觉技术研发进展

  路奇，杨佳伟，张煜，徐迎庆

  科技导报. 2023, 41(8): 26-35. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.003

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  介绍了人工嗅觉感知技术的概念，梳理了仿生类和化学分析类的人工嗅觉技术发展脉络；以清华大学未来实验室嗅觉计算组在人工嗅觉与嗅觉计算方面的研究工作为案例，阐述了该领域从人工嗅觉技术到嗅觉计算技术的发展趋势。分析了当前面临的技术挑战和可能的解决路径，展望了嗅觉计算在智能家居、智慧农业、医疗健康等行业的落地应用。
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  面向未来的智能家居前沿进展

  付心仪，张鹤，薛程，孙童心

  科技导报. 2023, 41(8): 36-52. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.004

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  随着人工智能、物联网、大数据等科技的迅猛发展，智能家居正式进入了 3.0时代，深度依赖用户大数据进行深度学习和数据挖掘，迫切需要面向智能家居的智能交互、智能感知和复杂决策的新技术新方法作为支撑。综合国内外前沿相关研究，提炼出未来智能家居所需要的3大要素：“感知”“思考”和“执行”。并以此为脉络，综述了国内外智能家居前沿平台的研发进展，评议了智能家居环境中的数据采集和特征提取研究、智能家居场景下的智能感知研究、面向智能家居的多模态人机交互与创新场景研究的相关成果，介绍了清华大学未来实验室在智能家居领域的相关研究工作。
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  未来人居中的智能美妆：数字化妆镜交互技术及其应用

  孙喆，席雪宁，徐迎庆

  科技导报. 2023, 41(8): 53-64. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.005

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  要随着人工智能、物联网等技术的发展，家居智能化成为新趋势。在购物消费、日常娱乐中，美妆行业表现出了巨大的市场潜力，美妆领域的智能化亦成为一个有趣的研究方向。围绕未来人居中的智能美妆系统，从基于镜面的人机交互设计、智能美妆相关算法、数字化妆镜系统相关交互技术3个方面，综述了国内外相关研究进展，分析了未来数字化妆镜系统的应用场景，总结了数字化妆系统的搭建思路与交互方案。
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  无障碍设计研究：面向视障人群的触觉图形显示设备

  焦阳，徐迎庆

  科技导报. 2023, 41(8): 65-73. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.006

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  盲人可以通过盲文或读屏软件来学习理解文字内容，但目前缺乏帮助盲人有效学习和理解图形信息（例如数学中的几何知识、物理中的电路知识以及医学知识中的经络分布等）的工具和设备。从触觉及触觉显示设备的视角，针对盲人的触觉认知研究，剖析了盲人对图形的触觉认知机理，设计开发了触觉图形显示终端设备，并通过用户实验，验证了该设备的易用性。该设备采用创新的结构设计，实现了良好的触觉认知体验和相对低廉的成本控制，不仅能够动态生成布莱尔盲文和丰富的触觉图形信息，而且可以作为盲人学习、工作与生活的有效工具。
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  无障碍设计研究：面向听障人群的振动触觉音乐体验

  王韫，李子晋

  科技导报. 2023, 41(8): 74-82. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.007

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  虽然听觉通道受损，聋人群体也有欣赏音乐的需求、能力和权利。当前，现代化听觉辅助技术仍然无法很好地满足听障人群对于听觉艺术的感知和欣赏需求，不利于这一群体的社会交往和自我发展。聚焦听障人群的音乐活动需求和偏好，提出通过触觉来感受声波的振动是聋人参与音乐活动的常见形式。综述了触觉刺激对听觉信息的表征优势，振动触觉的音乐表达能力、局限性和设计方法，并梳理了可穿戴和静态振动触觉音乐设备的研究发展。触觉具备认知负担小、时序性强、自然感强、沉浸感强等优势，通过感官代偿设计，在补偿听觉损失、增益听觉感知的同时，还可以承载一定的情感传达作用。然而，振动触觉也具有分辨率较低、难以感知高频段信息等局限性。展望了未来的体验设计研发的方向和趋势。
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  基于脑电的梦境情绪生成艺术与疗愈研究进展

  陈赟冰，王依晨

  科技导报. 2023, 41(8): 83-93. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.008

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  睡眠科学和神经科学研究已取得巨大进展，对梦的研究也有了更深入的理解，但从艺术与神经科学交叉的角度进行梦的疗愈功能的探索尚显不足。梳理了以情绪为中心的梦境疗愈功能的相关研究进展，并介绍了清华大学未来实验室进行的梦境抽象艺术形式的探索。在梦境文化和科学研究背景下，试图重新定位科学与艺术融合下梦境研究的日常实践，结合心理学、睡眠科学、艺术学的相关研究成果交叉探索，重启梦境生成艺术对健康疗愈的重要方向。
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  智能时代下老龄化产品的体验设计

  张为威，刁玉婷，江加贝，Jeung Jihong

  科技导报. 2023, 41(8): 94-103. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.009

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  技术在养老领域的应用一直是研究人员关注的焦点，基于对老年群体生理和认知层面自然衰老规律，梳理了适老化设计的研究方法的演化与发展，总结了更具人文关怀的科技适老化设计要素。对智能技术支持老年人拍照、运动和居家照护的 3个场景进行了设计调研，挖掘了设计过程中要关注的发展方向。分析表明，在交互设计方面，应充分考虑老年人的感官状态，采用简洁友好的界面和多模态交互方式；在人文关怀方面，关注老年人对于科技的接受程度和使用时的情感体验，有助于老年人更好地融入数字化时代。
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  终身学习理念下的未来人才培养

  查思雨，张亦萌，赵荻

  科技导报. 2023, 41(8): 104-112. https://doi.org/10.3981/j.issn. 1000-7857.2023.08.010

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  随着技术革命和全球化的不断深入，每一位学习者需要不断通过终身学习迭代自己的知识体系才能成为具有竞争力的未来人才。对终身学习的概念和定义进行了历史沿革梳理，并对终身学习的内涵与外延进行了定义。论述了终身学习理念与未来人才培养之间的关系，讨论了终身学习理念下如何进行人才培养。基于终身学习的理念与人才培养实践探索，阐述了如何建构终身学习理念下的人才培养体系。
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  光催化纳米抗微生物自清洁复合材料研究进展

  何伟伟，赵云，乐恢榕

  科技导报. 2023, 41(8): 113-119. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.011

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  表面光催化材料广泛用于表面自清洁、污水处理、水制氢等领域。特别是复合半导体纳米材料，利用p-n结原理可以大幅度提高表面自由电子和电子空穴浓度，从而提高吸收太阳光的能力，具有广阔的应用前景。阐述了纳米光催化材料领域的研究进展，以及在食品包装、医疗器械、交通设备及建筑材料领域抗菌自清洁的应用前景。
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  高温气/固电化学界面调控研究进展

  苏虹阳，陈迪

  科技导报. 2023, 41(8): 120-131. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.012

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  在高温固体氧化物燃料电池等器件中，气/固界面对电极反应性能及器件寿命有显著影响。因此，高温气/固电化学界面的精准调控和原位表征是新能源器件中材料研究与开发的一个核心方向。回顾了应用于高温电化学基础研究与器件领域中的高温气/固界面的制备调控的发展历程，总结了发展高温气/固界面原位动态表征的必要性及近年来原位表征的发展现状，指出了更精细的高温气/固界面研发的挑战。结合当前多学科发展方向，建议在未来的研究中提升界面调控的精确度至原子尺度，研发更多适用于高温气/固界面的原位表征方法，并结合运用机器学习等新的数据科学研究方法等。
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  中国城市韧性与产业结构耦合协调的时空分异研究

  史玉芳，张天伦

  科技导报. 2023, 41(8): 132-144. https://doi.org/10.3981/j.issn.1000-7857.2023.08.013

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  为验证中国城市韧性与产业结构的耦合协调发展关系，分别构建城市韧性与产业结构的评价指标体系，采用熵值法对中国 2011—2020 年除西藏外 30 个省的综合水平进行测度，通过耦合协调模型及空间自相关模型分析耦合协调度的时空变化及空间分布特征。结论如下：（1）城市韧性与产业结构整体呈稳步增长趋势，在新冠疫情公共卫生事件背景下，各省城市韧性方面影响不大，但产业结构方面受到不同程度的影响。（2）中国城市韧性与产业结构耦合协调度整体处于上升阶段但水平较低，省份之间差异大，呈“东部沿海地区至西部逐渐减弱，南强北弱”的分布格局。（3）中国城市韧性与产业结构耦合协调度全局呈正相关关系，空间呈集聚非均衡分布，东南地区出现高-高集聚，西北地区出现低-低集聚。未来应统筹城市韧性与产业结构的协同发展，采取具有地域特色的措施进一步提升和促进城市可持续发展。