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扬帆科技2022② | 蓝图已绘,江苏新锐青年接续担当
2022/01/04 22:03  新华报业网  

  交汇点讯新岁已至,万物竞发。在刚刚过去的元旦假期中,《科技周刊》记者对话了多位新锐科学家,去年收获科研硕果的他们,已勾画起新一年的科研蓝图,加速开展创新工作,孕育新一年的崭新成果。身处全球技术发展的前沿阵地,他们既有不小的压力更有无穷动力,面向国家重大战略需求,他们斗志满满,从新的起跑线再次出发冲刺。

  开卷探日宏图,自立自强用好“羲和”数据

  “‘羲和号’在轨安好,祝大家新年安好!”2021的最后一天,“羲和号”科学与应用系统总设计师、南京大学天文与空间科学学院副教授李川在朋友圈写道。几个小时后,他就收到了一份最好的“新年礼物”,“祝融”探火、“羲和”逐日、“天和”遨游星辰……在国家主席习近平发表的2022年新年贺词中,南京大学参与研发的我国首颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”和“祝融”“天和”一起,在岁末年初再度成为万众瞩目的焦点。

  “听到新年贺词,我们团队十分激动,深受鼓舞。”1月2日,李川刚攀登完紫金山的山顶,接受了记者采访。他说,作为高校一名科研人员,当听到新年贺词里一句“大家忙了一整年,付出了,奉献了,也收获了”,他感觉到强烈的共鸣,“这就是我们工作生活和心路历程的真实写照。”

  2021年10月14日,由国家航天局批复立项的我国第一颗太阳探测科学技术试验卫星“羲和号”在太原卫星发射中心顺利升空,标志着我国正式迈入空间探日时代。“羲和号”的全名为太阳Hα光谱探测与双超平台科学技术试验卫星,简称太阳双超卫星,在发射前夕,通过网络广泛征集等环节,最终定名为太阳女神形象的“羲和”。

  自发射成功后,“羲和号”在517公里高度的太阳同步轨道运行,通过光谱扫描成像,46秒可以获得300余个波长点的太阳图像,光谱分辨率可以达到10-12米的量级,相当于给太阳大气做了一次CT,获取了从光球到色球的细致切面。卫星数据量很大,扫描1分钟就会产生约15GB的数据。这些海量的数据,将交由南大科学与应用系统进行专项分析处理。

  李川介绍说,“羲和号”主要科学载荷是Hα成像光谱仪,Hα是研究太阳活动在光球和色球响应时最好的谱线之一。太阳的光球层是我们肉眼可见的部分,色球层则在光球层上大约2000公里的范围内。Hα成像光谱仪的光谱分辨率、时间分辨率都达到了国际先进水平。

  在“羲和号”发射成功之后,南京大学研发团队即刻与卫星系统、测控系统和地面系统联合开展在轨测试工作,“从数据看,卫星在轨运行状态良好,数据质量也很不错,我们目前正在进行数据的分析处理。”

  在数据处理中,团队时常发现一些意想不到的问题。“从一个原始数据到科学数据,需要十几步的过程,一个链条下来要花不少时间。”李川说,爬紫金山时,他每次登顶都能探索出一条新路线,科学工作也是如此,要想解决新问题就不能走老路。数据分析处理没有太多可以参照的方法,需要不断试错、寻找最佳方法,不断迭代达到最佳的阶段,“卫星发射后,我们每周都会交流各自任务中的问题,规划下一步工作。我们既有压力更有动力,不能有丝毫懈怠。”

  “羲和号”象征着中国对太阳探索的缘起与开拓,李川告诉记者,这是几代科技工作者的梦想,我国的探日宏图才刚刚开卷。“羲和号”卫星2019年正式立项,但早在2015年,南京大学方成院士已经提出该卫星计划,并全程参与和主导了“羲和号”的论证和研发,如今也仍在全程跟踪指导“羲和号”的数据标定和科学研究。

  李川说,尽管前期大量工作都看不见显性的成果,但是参与国家重大项目建设的成就感是无法比拟的,“过去我们所发表的论文都基于国外卫星的数据,很难称为真正的原创,且非常被动。”李川告诉记者,“羲和号”卫星实现了国际首次太阳Hα波段光谱成像的空间探测;首次在轨应用了磁浮控制的双超卫星平台技术等,都具有重要意义。

  就在今年的1月,国家航天局将联合南京大学、上海航天技术研究院发布首批太阳观测数据和技术验证成果。“之后,我们将对全世界科学家共享卫星数据,在国际太阳物理和空间物理研究中贡献中国力量。”李川表示,我国科学家也将用自己的太阳观测卫星,求解太阳科学问题。“‘羲和号’的观测才刚刚开始,利用‘羲和号’数据的研究也才刚刚开始,未来我们还有很长的路要走。”

  发力区块链应用,为数字城市打牢技术“底座”

  1月3日中午12点,记者联系到南京航空航天大学研究员葛春鹏时,他刚刚结束团队的新年工作会议。

  “从个人隐私保护到国家战略需求,信息安全工作刻不容缓。”葛春鹏说,网络空间安全已经被提升到国家安全的战略高度,去年9月份国家颁布施行了《中华人民共和国数据安全法》,加上此前生效的《网络安全法》和即将施行的《个人信息保护法》,共同组成用户个人信息保护领域的“三驾马车”

  信息技术浪潮气象万千,数字经济发展生机勃勃,但信息安全问题一直是数字经济发展木桶上的那一块“短板”。持技术之刃,为国家安全保驾护航。葛春鹏和团队所有人都有沉甸甸的责任感。团队所有人都自加压力,去年从大年初三开始上班, “全年只休息了国庆节一天。”葛春鹏笑道,这不同于“单枪匹马”做科研写论文,瞄准国家重大战略,大家互相协作,相互促进。

  加入南京航空航天大学时,葛春鹏就沿袭着博士、博士后期间的研究方向,从事“数据安全”的研究工作,去年更因此收获了“挂满枝头”的科研硕果。

  数据信托是市场中一种新型的数据管理、利用方式,发展势头迅猛。“跟其他个人资产一样,数据可以作为信托财产,在流通中产生相应的价值。”葛春鹏聚焦这一方向,开展了国家自然科学基金青年项目“支持多条件复杂匹配的代理重加密研究”项目。葛春鹏告诉记者,项目致力于研究利用可搜索加密、代理重加密等技术手段保障数据信托中心的用户数据安全与隐私,所谓可搜索加密,就是在加密的情况下实现数据的搜索,代理重加密技术,主要指的是可以在不泄露数据拥有者解密密钥的情况下,实现密文数据共享,通过这方面的研究进展为我国国民信息安全提供了重要的保障。因为这些工作取得的成果,葛春鹏获得了ACM SIGSAC中国2021新星奖。

  随着信息技术深入发展和深度应用,数据已经成为新的生产要素,要全面建设数字经济和数字社会,数据的确权问题是重中之重。“区块链技术的诞生,有效地解决了数据确权的问题,每一份在区块链网络上生成的数据都可以被定义权属关系,企业和机构想要使用、处理数据,必须建立在数据所有权人的授权之上。”在博士后期间,葛春鹏就曾参与新加坡企业相关科研项目“区块链安全访问系统”以及澳大利亚政府重大课题“可扩展的云数据安全保密访问方法研究”等,为积极响应国家发展战略,葛春鹏加入了郑纬民院士领导的区块链研究团队之后,在构建区块链信息系统基础设施、区块链安全监管技术、区块链隐私保护技术研究几大领域持续发力。

  去年12月,南京航空航天大学、浙江大学、北京理工大学等联合申报的“区块链生态安全监管关键技术研究”正式立项,该技术致力于建立区块链生态安全监管的国家平台支持40多条区块链运行监管,通过区块链交易数据、账户准入机制等技术实现区块链安全监管,构建安全、和谐的区块链生态。

  葛春鹏还同步开启了与中国航天科工集团第二研究院706所合作的研究项目“基于区块链的零信任随遇认证技术”,该项目旨在利用区块链技术解决低轨卫星、飞行器通信安全认证问题,为卫星、飞行器等设备安全通信提供保障。

  畅想科研工作的未来图景,葛春鹏充满了使命感。“我们的目标是用区块链技术‘链’接城市,帮助推动城市区块链的基础设施落地。”葛春鹏告诉记者,目前不少行业都有在建立区块链的尝试,但相互之间无法打通,也就无法监管,“比方说电力系统建立的‘区块链’,跟政务信息、金融信息都没有打通,也就没有形成真正的互联互通,与区块链的本质和精神相违背的。”

  葛春鹏透露,在未来两三年中,团队将建立一个南京区块链主干道,各行业的区块链都可以接入主干道,实现互通互联。“过去大家搭建一个链,需要专业的人来做,不仅要买机房选服务器,技术难度很高;未来有了大平台,就相当于打通了城市的‘全身血管’,大家可以自行接到大动脉上,获得来自智慧大脑的数据信息,实现经济社会的全方位赋能。”

  打破常规,在大脑领域寻找星光

  元旦小长假第二天,在中国电科14所人脑机实验室,一支平均年龄不到33岁的年轻团队,和来自全国各地的专业医生,正在召开线上和线下相结合的学术沙龙,讨论脑机接口实验范式和处理结果,包括面向老年人的失能和失智的分工、目标和方法,为2022新年开展工作梳理好思路。

  “每周六一次的学术沙龙风雨无阻,遇到有成员出差就在线上进行。”中国电科14所人脑机实验室首席研究员尹奎英博士会后接受了记者的采访。脑机接口是世界最前沿的生物交叉科技,近年来,尹奎英和团队成员们保持着对科学的好奇心,用雷达和生命科学技术探索大自然谜题。

  说起2021年印象最深刻的事,尹奎英拿出一只“灵犀手”展示给记者看,这只特殊手将人的思想活动抽象成一个信号处理过程,利用生物信号处理算法,借助机械手完成脑部动作指令,帮助残疾人完成吃饭、喝水等日常动作,在医疗、体能增强、拆弹等方向具有重要应用价值。“灵犀手”获得2021年世界人工智能大会最高奖SAIL奖。“我们正在将雷达技术、人工智能与生物医学进行跨界融合,让灵犀手能够更加优化,为服务百姓美好生活持续探索就是我们的愿景。”尹奎英说。

  10多年前,尹奎英博士毕业,来到中国电科14所攻读博士后。随后的日子里,中国电科14所赋予她最大的礼物就是动手能力,工程应用能力。“曾经只给我一张图纸,没有任何参考,要求3个月做出产品,于是我带着4辆渣土车进入荒郊野岭去试验。大概有半年时间,早8点干到凌晨2点,出产品之前甚至5天5夜只睡不到10小时,这些历练帮助我真正从理论派变成实践派,中国电科14所对我来说就像装载了梦想的航母,这里有鼓励干事创新的机制、顶级实验室、各种优秀的人才。”

  2016年,“脑科学与类脑研究”首次被我国列为国家“十三五”发展规划。尹奎英一直想做脑科学的项目,她笃定那是她的追求。“我想做个脑电波项目,能不能批点经费?”尹奎英鼓足勇气向单位提出这个“非常规”申请时,自己都捏着一把汗。“我们单位是做雷达的,和生物脑电波技术根本不相干,从来没有人做这个。”当她拿着方案向领导汇报的时候,没有一个人反对,批了30万元启动资金。“很庆幸我在一个学术氛围很浓的单位,无条件支持创新”,尹奎英说。由此,中国电科14所第一个脑电波项目应运而生,正式开启了对脑机接口技术的探索。

  脑机接口涉及神经学、计算机技术、人工智能、认知科学、控制科学和心理科学等多学科,是世界最前沿的生物交叉科技。2015年,人脑机团队启动了“灵犀手”项目,同步开展脑机接口基础研究和应用研究。人脑机实验室从成立之初就有“面向人民生命安全”的使命感。一次,人脑机团队在和脑科医院的合作中,偶然发现一例截肢患者在运动学习时,脑电出现异常连接。在进一步对大量阿尔茨海默病初期患者筛查后,团队发现异区活跃,当即建立了学习再认识过程的脑电核磁数据库,这个数据库对患有阿尔茨海默病的患者具有重要意义。

  “我害怕辜负!”李婉萍是人脑机团队成员的一名“90后”女生,她回忆,一位70多岁的老人在儿子的陪同下参加他们组织的阿尔茨海默病早筛活动。老人在面对一道简单的算术题时,硬是没有回答上来,身后的儿子面色凝重。他们了解到这位退休老人是桃李满天下的高校名师,面对精神抖擞但说不出答案的老人,他们更加坚定了要帮助失智人群的信心。

  “意义,远不止于让老人们回答问题,还有活下去。”说起新年愿景,尹奎英表示,给老人们活下去的盼头,就是最大的意义。目前,人脑机团队运用脑特征采集分析等技术开展阿尔茨海默病筛查和干预研究,实现阿尔茨海默病早期发现准确率超过90%,远超同行水平,干预方案可以有效缓解老年痴呆5至10年。未来,团队想推动更多的脑科学成果落地,推广服务更多的老年人和残障人士,给他们带来更方便的生活。

  新华日报交汇点记者 杨频萍 张宣

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责编:纪树霞

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