Bee Health Ltd.

The Innovation发表各学科领域高质量的前沿研究和文献综述，领域涉及物理学、化学、材料科学、纳米技术、生物学、医学、地球科学、信息科学、管理学和工程学等，内容涵盖基础研究和应用研究。 点击文末“阅读原文”查看本期全部内容 (http://www.the-innovation.org/) The Innovation第六卷第十二期 已于2025年12月1日上线！ 本期封面主题：机器鳐鱼（Robotic Ray） 海洋探索呼唤高效的推进器，而传统的仿生机器鱼结构复杂，难以复现生物的高效与优雅。环状弹性杆过度受扭时会发生突弹失稳——这通常被视为工程缺陷。然而，研究团队发现失稳后的杆件竟能产生与鳐鱼胸鳍高度相似的波动。他们揭示了其中的力学机理，提出了新颖的驱动方式，设计制造出极富创意的失稳驱动式机器鳐鱼。该设计通过控制扭矩，将旋转输入转化为持续流畅的波动输出。实验证明，该机器鱼具有驱动方式新、游动效率高、结构简单、行进稳定、行为隐蔽、环境适应能力强、运载能力佳、可扩展性好等优点，展现出广阔的应用前景。这项工作体现出仿生设计的范式转变：当失稳从曾经的缺陷转变为可被驾驭的工具，仿生设计便迎来突破，尽显力学之美。 Editorial | 协调生物多样性、环境与经济：水生生物保护的协同框架 湖泊是高效的“天然净水器”，沉水植物可抑制藻华并塑造鱼类栖息地，鱼类活动能调节水生生态系统的结构—水生生态系统的功能远超出我们想象。然而，传统保护模式往往将生态、环境与经济割成彼此孤立的“孤岛”，结果让保护行动陷入“孤岛求生”。我们能否找到一条路径，让保护不再是负担，而是发展的机遇？ BEE框架为水生生态保护提供了一条系统化、可持续的新路径。它打破了传统保护中生态与经济对立的困境，通过机制化反馈循环，实现协同发展。未来需加强跨学科研究、政策嵌入与社区参与，推动BEE从理念走向实践，真正实现生态安全、经济繁荣与社会公平的共赢。 Editorial | 2025世界人工智能大会：科学智能新范式、AI智能体新模型、智能机器人新方向 “新一代人工智能正在全球范围内蓬勃兴起，为经济社会发展注入了新动能，正在深刻改变人们的生活方式。” “中国愿在人工智能领域与各国共推发展、共护安全、共享成果。” ——摘自习近平总书记 2018世界人工智能大会的贺信 世界人工智能大会自2018起已连续成功举办8届，目前已经成为人工智能领域国际高端合作交流平台，吸引了来自世界各地的人工智能顶尖科学家、企业家、投资人、开发者等各界人士。2025世界人工智能大会更是发出了成立世界人工智能合作组织的倡议，有望聚共识、促进合作，让人工智能真正造福全人类。 2025世界人工智能大会暨人工智能全球治理高级别会议于2025年7月26日-29日在上海召开。诺贝尔物理学奖得主、图灵奖得主杰弗里·辛顿（Geoffrey Hinton）、图灵奖得主约书亚·本吉奥（Yoshua Bengio）、图灵奖得主姚期智（Andrew Chi-Chih Yao）等AI顶尖科学家作了学术报告，超过40个大模型和超过60款机器人在大会上发布和演示。 尽管AI取得了飞速发展，但是并非所有国家和所有人都受益。AI核心技术（尤其是GPU关键技术）仍然掌握在美国等少数西方国家手中，如何打破AI技术霸权，让AI真正造福全人类是全球面临的重大挑战。中国政府在2025世界人工智能大会上倡议成立世界人工智能合作组织，破除妨碍世界各国间生产要素流动的壁垒，帮助全球南方国家加强AI能力建设，形成人工智能全球治理框架和标准规范，引领人工智能创新向善。 Letter | 儿童磁悬浮心室辅助装置D-miniCor临床应用 终末期心力衰竭已成为全球主要的健康挑战之一。儿童供体器官的稀缺导致每年心脏移植数量远不足能满足终末期心力衰竭患儿的临床需求。虽然心室辅助装置（ventricular assist devices, VADs）已成为心脏移植的有效替代方案，但儿童专用VAD的发展仍显著滞后。根据儿童机械循环支持注册数据库（pediatric interagency registry for mechanical circulatory support, PediMACS）的报告，2012至2021年间，美国仅报告了448例儿科VAD植入病例。同样，在过去二十年中，欧洲的儿科VAD使用率仍然有限。目前在国际范围内，可用于儿童的VAD仅限于第一代和第二代血泵，尚无专为儿童设计的第三代全磁悬浮VAD。最常用的HeartMate III也仅适用于年龄较大的儿童，中国目前缺乏专门为婴幼儿及低龄儿童设计的专用VAD。此外，对于伴有双心室衰竭的儿童，尤其体重≤30 kg的人群在应用双心室辅助装置（biventricular assist devices, BiVADs）时，面临着特殊的生理学挑战，包括胸腔容量受限和低流量需求。针对这一临床瓶颈，武汉协和医院心外科董念国教授团队自主研发了第三代磁悬浮泵——D-miniCor，这是一款单泵重量仅45 g的磁悬浮VAD，具有针对儿童优化的小型化设计和双5 mm导线，并成功将其应用于一例7岁终末期双心室衰竭患儿。该技术填补了儿科心力衰竭治疗中移植替代手段的空白，初步应用已实现超过3个月的存活。 儿科双心室辅助装置的发展受限于成人与儿童群体在解剖结构和生理功能上的显著差异。尽管第三代装置如HeartMate III，虽在成人中凭借全磁悬浮技术展现出良好的血液相容性，但应用于体重低于30 kg的儿童时存在严重局限。解剖学限制结合发育中循环系统独特的血流动力学需求，造成了成人导向设计难以突破的技术瓶颈。此外，相较于单心室辅助装置，双心室辅助装置（BiVADs）需要更复杂的控制策略，包括实时协调左右心泵输出以维持生理性双心室平衡及体肺循环稳态，这对于预防肺淤血或全身低灌注至关重要。因此，其控制系统必须监测更多血流动力学参数，并采用动态反馈算法以实现泵间同步调控。 本研究报道了一例体重不足30 kg儿童成功植入D-miniCor双心室辅助系统的临床案例，开创性地展示了儿童专用VAD创新的必要性，以应对儿童在解剖学和生理学上的特殊限制。未来研究应聚焦于低流量儿童循环中的装置—血管内皮相互作用机制，并探索适龄化抗凝策略。尽管目前仅为单中心试验，后续需开展多中心协作建立统一的儿童BiVAD植入与长期管理规范。D-miniCor的成功应用为儿童机械循环支持领域奠定了重要的技术基础，为终末期双心室衰竭患儿提供了新的治疗选择。 Perspective | 奇异阿基米德晶格中的几何磁阻挫 量子磁性材料能帮助我们深入理解固体中电子的行为。长期以来，几何磁阻挫效应的研究主要聚焦在二维三角晶格和笼目晶格中，其中三角形结构单元是几何阻挫的核心来源。为了拓展几何阻挫材料体系，本文作者揭示了阿基米德晶格（Archimedean Lattices，ALs）中隐藏的几何阻挫多样性。并通过高通量计算与晶体数据库挖掘，研究团队成功识别出枫叶（Maple-leaf，ML）、Shastry-Sutherland（SSL）、网格（trellis）、红宝石（ruby）和星形（star）等非常规阻挫晶格的磁性材料，并指出它们在量子自旋液体、拓扑磁态等前沿物理研究中的重要价值。 理解不同晶体结构和化学环境中的磁性，一直是凝聚态物理研究的核心课题之一。近几十年的研究表明，许多新奇的物理现象都与量子磁性密切相关，如量子临界性、超导电性和量子自旋液体等。其中，磁交换相互作用、量子涨落和轨道杂化是影响磁基态的重要因素。除这些因素外，磁性还受到化合物中磁子晶格几何结构的影响。传统的几何阻挫研究主要关注二维的三角晶格和Kagome晶格以及三维的烧绿石晶格等晶格体系，然而针对其它具有潜在阻挫特征的晶格类型，仍缺乏系统性筛选与结构分类。 在本研究中，研究团队从材料数据库中分析了51340种化合物，引入晶体网络组合对称性分析方法，并通过向量表示与重心平衡算法，解决了真实材料中晶格畸变带来的识别难题。该方法成功从数千种疑似结构中筛选出纯净网格晶格材料，结果表明，仅需单一三角形结构单元即可引发阻挫。阿基米德晶格作为由规则多边形构成的均匀密铺体系，包含11种晶格类型，其中ML、SSL、trellis、ruby和star等5类含三角形的晶格均具备几何阻挫潜力。通过自旋模型分析，团队分析了不同晶格的对称性差异，例如ML晶格具有独特的“自旋二聚体基态”，而SSL晶格则因扭曲平方结构呈现独特磁交换路径。这些不同晶格之间的关系，以及对相应的磁性模型理解，是实验研究中必须要考虑的重要因素。 本文系统地分析了几何阻挫在五种奇异阿基米德晶格结构中实现的可能性，构建了一个超越传统三角与笼目晶格的新研究框架。通过对现有材料数据库的高通量筛选，作者提出了一系列具有实际合成基础的磁性候选材料，丰富了几何阻挫材料的结构版图。这些发现不仅为量子磁性研究提供了新的切入点，也为实验中探索新型量子基态、理论模型验证等研究指明了方向。未来的实验与理论协同研究，有望进一步揭示这些奇异晶格中蕴含的丰富物理现象。 Article | AI解锁中药新纪元：全球首个亿量级草药基因编码天然多样性成分库GNDC问世 天然成分不仅是物种适应环境和共进化的产物，更是药物研发的宝库。通过融合多组学与人工智能技术，创建了全球首个草药基因编码的天然多样性成分库（Gene-encoded Natural Diverse Components (GNDC) Repository）（图1），突破了传统天然产物数据库以次级代谢物为主的局限，拓展了药物发现的化学空间，实现了基因组信息、成分信息与功能信息的深度整合。 基于本草基因组学研究体系和药用植物多组学数据的积累，成都中医药大学本草基因组学团队开发了全球首个亿级规模的草药基因编码天然多样性成分库（GNDC）。通过自主开发的人工智能算法，结合转录组测序、小RNA测序、肽质谱等多组学技术实现了对天然多样性成分的识别、分类与功能注释。GNDC收录了超过2.34亿个基因直接或间接编码的天然多样性成分，弥补了现有天然产物数据库在数据类型与功能解析方面的不足。GNDC通过深度融合多组学数据与人工智能技术，为新药研发、合成生物学及中药现代化等领域提供强有力的工具和平台，推动天然产物研究从传统经验模式向数据驱动模式转型，为传统药物研究带来颠覆性变革。 Article | 会“扭腰”的机器鳐鱼——当结构失稳变成游泳绝技 从鳐鱼优雅的泳姿中获得灵感，近日，西南科技大学袁卫锋教授团队联合北京航空航天大学赵子龙教授团队、清华大学冯西桥教授团队研发出一款高效稳定且具备隐蔽性的水下软体机器鱼。该机器鱼采用单电机驱动设计，通过弹性圆环的周期性突跳失稳效应驱动鳍面产生波动，进而转化为推进动力。研究成果通过简易机械结构成功复现了鳐鱼的复杂运动模态。这种创新设计不仅让机器鱼游得更稳、更安静，还能携带更多设备。该机器鱼在海洋探测、环境监测等领域展现出重要应用价值。 此仿生机器鱼集成了机械结构简单、游动性能优越、环境适应能力强等优势，不仅在深海探测等领域具备重要应用前景，而且为其他变体机器人的设计提供了一种新颖的思路。机器鱼良好的载运能力为其功能拓展提供了方便，通过安装光学、力学等传感器可使其能够有效完成更加复杂的水下任务。低廉的制造成本使该机器鱼适用于水下集群等应用场景。 Report | 荧光-质谱双模态一体化解析动态硫醇蛋白质组 细胞内的硫醇蛋白质组扮演着“分子开关”的角色，调控诸多关键生命进程。然而，受限于传统化学探针功能单一，硫醇蛋白质组的解析往往如“盲人摸象”，既难以实时观察，又过程繁琐。本研究基于氟卟啉开发的荧光-质谱双模态探针，首次实现了硫醇蛋白质组的原位荧光成像与化学蛋白质组学分析一体化，让科学家能如“观看分子电影”般实时追踪其动态变化，并通过质谱精准鉴定分子身份。这一突破性技术为氧化应激、药物开发等领域提供了“所见即所得”的新工具，有望推动蛋白质组学研究进入全流程可视化新阶段。 本研究基于氟卟啉多功能化学探针（FP-MBA），创新性地整合了荧光成像与化学蛋白质组学技术，首次实现了硫醇蛋白质组的原位可视化与精准解析一体化。该技术突破了传统组学分析的“黑箱”操作，建立了“可视化引导蛋白质组学”新范式。此外，FP-MBA成功捕获了传统方法难以探测的低溶剂可及性位点，揭示了这些“隐蔽位点”在氧化应激调控中的重要作用。未来，该探针的设计理念可拓展到其它氨基酸或翻译后修饰研究，推动超高分辨显微技术与质谱深度解析技术的融合，实现从细胞表型到分子互作的全维度解析，为精准医学、药物靶点发现及疾病生物标志物筛查提供全新工具。 Report | 通过静电增强振动触觉界面与时空间编码渲染实现动态触觉再现 人类皮肤对时空接触事件极为敏感，这一特性在人机界面的动态交互中显得尤为关键。然而，由于触觉界面的时空设计准则尚未被充分理解，要在非侵入式触觉界面中以匹配人体感知的时空分辨率再现触觉反馈仍存在挑战。本文提出了一种由压电驻极体执行器阵列构成的超薄静电增强振动触觉界面，并以此系统研究人手的触觉感知特性。该界面可在较低驱动电压下工作，具备可编码的时空渲染能力，适用于可穿戴设备和非侵入式动态触觉交互。 本研究提出了一种基于压电驻极体执行器阵列的柔性静电增强振动触觉界面，通过时空间渲染实现动态触觉的真实再现。通过系统的志愿者测试，我们评估了人手的触觉感知特性，并研究了客观参数与主观体验之间的关系。基于这些结果，我们在食指上再现了音乐的节奏感（触觉音乐），为正常人群及听障人群提供了独特的触觉韵律体验。同时也演示了虚拟环境中的动态交互再现，将接触事件中的振动触觉可被解码为时空间参数，使得运动方向、纹理和动作模式等细节信息能够通过振动触觉界面真实反映。未来，通过进一步优化振动触觉界面的设计，并结合更深入的生理与心理物理研究，有望更全面地理解人类的触觉感知机制。 Review | 生物质赋能的碳负排放技术 为实现碳达峰、碳中和目标，中国正积极推动能源体系低碳转型，并逐步从单纯的减排扩展到碳负排放。作为全球最大的生物质利用国，中国已在“十四五”规划及多项政策文件中明确提出发展“生物质能与碳捕集封存（BECCS）”等负排放技术。然而，目前相关路径仍需系统性评估和对比，以为未来政策制定与技术发展提供科学依据。 本文系统梳理了生物质赋能的碳负排放技术路径，并从理论与应用角度比较了不同方法的减排潜力与局限。尽管BECCS、热解、水热碳化等技术在实验室研究与示范应用中已取得重要进展，但要实现大规模商业化仍存在诸多挑战。其工业化推广不仅依赖于关键工艺与设备的优化，还需要在原料适应性、碳捕集过程稳定性及整体经济性方面取得突破。未来的发展有赖于催化材料、反应体系与过程工程的持续创新。通过跨学科手段，将化学、材料科学、能源工程与机器学习等先进工具相结合，有望在碳捕集效率提升、副产物利用等方面取得突破。同时，结合全生命周期评价与政策支持，可推动这些技术向更高效、低成本和可持续的方向发展。随着技术成熟度和经济可行性的不断提升，生物质赋能的碳负排放技术有望在未来能源体系和气候治理中发挥关键作用。 The Innovation现已加入Cell Press MJS多刊审稿！Cell Press Multi-Journal Submission（点击查看）的前身Cell Press Community Review模式于2021年推出。对于通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的作者，我们将提供稿件被多本期刊同时考虑的机会。超过80%通过Cell Press Multi-Journal Submission“多刊审稿”模式投稿的文章获得了至少一个或多个期刊的评审。 CellPress细胞出版社 推荐阅读 Cell Press X 中国青年科学家合作刊 | The Innovation第六卷第十一期已上线 ▲长按识别二维码关注细胞科学 点击 阅读原文 访问 期刊主页