一周前沿科技盘点｜微米级机器三维跨平面运动传递；太阳帆“碳”驾“薄”船，科研巧解展收难题

摘要：在微观世界中，如何让微米级机器实现复杂的三维运动一直是科学界的难题。近日，北京理工大学集成电路与电子学院张帅龙教授团队联合多所高校，首次实现光驱动多组件微机器系统的三维跨平面运动传递，为微流控、靶向给药等领域带来全新可能。

在微观世界中，如何让微米级机器实现复杂的三维运动一直是科学界的难题。近日，北京理工大学集成电路与电子学院张帅龙教授团队联合多所高校，首次实现光驱动多组件微机器系统的三维跨平面运动传递，为微流控、靶向给药等领域带来全新可能。

太阳帆是一种利用太阳光压（光子动量）推动航天器前进的技术，针对太阳帆展收过程的屈曲稳定性和薄壁结构的断裂破坏难题，中国科学院沈阳自动化研究所研究团队对复合材料薄壁结构展开研究，提出了有效的力学分析模型。

基于国际科技创新中心网络服务平台科创热榜每日榜单形成的一周科技记忆，我们推出《一周前沿科技盘点》专栏。今天，为大家带来第144期。

《Advanced Materials》丨微米级机器三维跨平面运动传递，多领域应用潜力凸显

研究团队利用可编程光图案控制光电镊（OET）系统，通过电荷排斥效应和介电泳悬浮力，成功实现了微齿轮的精准翻转、悬浮和三维组装。为了构建稳定的三维微齿轮系统，团队采用双光子聚合（2PP）激光加工技术，制造了微型支撑结构，使直立齿轮能够稳定旋转。实验中，水平旋转的齿轮通过齿轮啮合成功驱动了直立齿轮，实现了跨平面运动传递，这一突破为未来搭建复杂三维传动模块提供了重要基础。研究团队还发现，微齿轮表面的电荷会产生高达2511.8皮牛的排斥力，有效减少了齿轮间的摩擦，类似于宏观机械系统中的润滑剂。此外，介电泳力使微齿轮悬浮在基底上方约5.8微米，进一步降低了摩擦阻力。这种“电子润滑+悬浮轴承”的机制，使得微齿轮系统能够高效运转，为未来微机械设计提供了新思路。

这项技术的突破，将在多个领域带来深远影响。生物医学领域，可构建微型手术机器人，在血管内进行三维操作，提高精准度；靶向给药方面，多组件协同运输药物，穿越复杂生物屏障，提高治疗效果；微机电系统方向，可以开发新型三维微传感器和执行器，推动微型机器人技术的发展。

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《Composite Structures》丨太阳帆“碳”驾“薄”船，科研巧解展收难题

空间可展开复合材料薄壁结构在太阳帆中的应用

太阳帆是一种利用太阳光压（光子动量）推动航天器前进的技术，当光子撞击太阳帆的反射表面时，会产生微小的推力，从而推动航天器在太空中航行。为了获得更高的展开与收拢比，太阳帆通常采用碳纤维增强复合材料薄壁结构来支撑大面积帆膜。由于此类可展收薄壁结构在卷曲和展开过程中会产生显著的非线性力学行为，其展收过程的屈曲稳定性和薄壁结构的断裂破坏是研究的技术难点。

近日，中国科学院沈阳自动化研究所空间自动化技术研究室空间结构动力学及优化设计科研团队研制了一种小尺寸截面、轻质高刚度空间可展开复合材料薄壁结构，并通过理论建模、仿真分析与试验验证相结合的方法，系统地模拟了该结构在卷绕及展开过程中的非线性力学行为。科研团队所提出的力学分析模型能有效预测空间可展开复合材料薄壁结构的应力分布特征及潜在失效模式，可为太阳帆系统支撑结构的稳定性设计和综合动态性能提升提供技术支持。

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《Reports on Progress in Physics》丨量子技术“落子”基础物理，暗物质与引力波探测器“又窄又宽”

通过超导约瑟夫森结构建和谐振腔或超导电路探测器的多模耦合

近年来，随着天文观测与量子技术的快速发展，科学家对宇宙中“不可见”成分的探索愈加深入。特别是极轻玻色子暗物质（如轴子、暗光子）以及高频引力波，因其在粒子物理与宇宙学中的理论动机而受到广泛关注。电磁谐振探测器因其低噪声、高灵敏的特点，在探测这些极弱信号方面发挥了重要作用。

北京大学物理学院理论物理研究所舒菁教授课题组与尼尔斯·波尔研究所博士后陈一帆合作，系统研究了电磁共振探测器在实现同时具备共振增强与宽带响应方面的设计方案。他们通过引入超导约瑟夫森结等量子元件，将多个谐振模式连接成网络，实现信号响应的逐级放大，从而拓展整体带宽至与共振频率相当的范围。这一设计尤其适用于高品质因子系统，在保持信号增强与低噪声优势的同时，提升了整体频率覆盖范围。该方法打破了传统单模系统所受的标准量子极限，提出并实现了“多模量子极限”的理论框架。该工作不仅展示了量子技术在基础物理研究中的应用潜力，也为多个实验计划提供了具体的理论指导。

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《Science》丨一文读懂高分子固废回收关键突破点

当前，全球废纺固废产量呈现迅猛增长态势，每年总量约达1亿吨，据预测，到2030 年这一数字将至少增长50%。传统的填埋、焚烧等处理方式未实现高值化利用，而且还会带来次生环境问题，如微纳塑料和全氟/多氟烷基物质等有害物质大量进入生态系统。

东南大学能源与环境学院肖睿教授、张会岩教授带领的绿色能源团队针对全球日益严峻的废纺等高分子固废问题，提出创新性见解与解决方案，在他们发表题为“Revolutionize textile recycling（革新废纺回收）”的Letter文章中，剖析了当前高分子固废热转化面临的转化过程不可控、产物选择性低以及成本高昂等诸多难题。研究团队提出利用廉价的可再生能源电力驱动，开发微波等新型用能方式实现定向热转化，提升转化效率与能量利用率，构建新一代可再生能源驱动的有机固废转化体系，在实现高分子有机固废高值利用的同时实现间歇式、波动性绿电的高效存储和转化。

他们还明确了高分子固废回收过程中的两个关键突破点：一是推动工艺过程的再电气化转型，二是强化技术路径的循环经济属性。从宏观层面来看，要推动高分子固废的再生利用，还需构建系统完善的资源数据平台与可量化指标体系，形成技术、产业、政策协同推进的全新格局。展望未来，可再生能源驱动高分子等有机固废定向热转化技术将成为该领域的重要研究方向之一。

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《Journal of the American Chemical Society》丨单分子磁体从实验室到应用，背后藏着什么“通关秘籍”？

大数据时代背景下，信息存储技术面临前所未有的挑战与机遇。单分子磁体作为未来高密度信息存储的候选材料，近年来取得重要突破。其实际应用仍面临两个关键科学难题：一是在保持单分子磁体优异磁性能的前提下实现分子尺度上的精确组装与排列。二是如何建立有效的调控机制来实现分子自旋态的精准操控。突破这些瓶颈将加速单分子磁体从实验室走向实际应用的进程。

针对上述问题，西安交通大学化学学院韩甜副教授联合南开大学程鹏教授，通过分子工程策略，实现了高性能五角双锥构型Dy(III)单分子磁体在二维金属有机框架中的精准组装，并构建了Dy(III)离子易磁化轴的空间垂直有序阵列。该材料展现出卓越的磁学性能（磁翻转能垒超1000 K，2 K时矫顽场达4500 Oe），创下了单分子磁体-金属有机框架体系的新记录。该材料在室温条件下可通过紫外光诱导的电子转移过程产生稳定自由基，不仅表现出显著的光致变色现象，更实现了对磁弛豫动力学的有效调控，构建了光控磁双稳态开关系统。这项研究为开发具有分子级有序阵列的光响应磁性材料提供了新思路，对分子基光磁存储器件的创新发展具有重要意义。

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《Communications Physics》丨电子科技大学联合华为，基于MindQuantum平台推动量子AI发展

图中每个点表示一个具有量子互文性的基态，其基态能量密度越低表示该基态的量子互文性越强。该图展示了反直觉的规律：量子互文性越强的基态更容易被模拟。

近日，电子科技大学基础与前沿研究院、量子物理与光量子信息教育部重点实验室与华为技术有限公司达成深度合作，依托华为自研的MindQuantum量子模拟平台，在量子人工智能方向取得重要进展。

量子互文性是区分量子与经典世界的核心特性，也是量子计算与量子机器学习实现优势的关键资源。研究团队通过构建全新的“保对称性”通用量子比特门集合，以及高效的对称性量子电路框架，模拟三维互文基态。结果表明，在相同的经典与量子资源投入下，具有更强互文性的高维基态反而更易通过变分量子电路逼近，进一步开拓了Quantum AI在优化和并行计算上的潜力。

研究的数值模拟均在华为MindQuantum平台上实现，双方还优化了变分量子算法的迭代流程，使其在多达14个量子比特的对称子空间中也能高效获得收敛结果，充分发挥了MindQuantum在大规模参数化量子电路仿真、GPU/CPU协同加速方面的优势。

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