2021年7-12月江大科研新进展
01新一代质子交换膜燃料电池研发新进展
汽车与交通工程学院尹必峰教授团队面向质子交换膜燃料电池强化传质重大需求，以强化调控燃料电池内部水气传输机制为目标，以表面微结构优化设计为手段，以微结构柔性加工技术为基础，提出质子交换膜燃料电池关键组件表面差异化微形貌设计新方法，显著提升了燃料电池传质特性和电化学性能，形成了质子交换膜燃料电池关键组件强化传质差异化表面微结构评价方法，为新一代高效高可靠车用燃料电池电堆组件自主开发奠定了坚实的理论基础。
超快激光加工微孔结构气体扩散层
仿荷叶状微凸体结构流道液滴演化行为预测
主动设计微结构对质子交换膜燃料电池传质特性的影响
这一研究成果在2021年下半年分别于International Journal of Heat and Mass Transfer、International Journal of Hydrogen Energy、Langmuir等传热传质领域、能源领域、化学领域顶级期刊上发表了系列论文。江苏大学为系列文章的独立通讯单位，尹必峰教授、董非教授，博士生解玄、许晟，本科生陈鑫为系列论文的主要贡献者。同时，相关成果已授权5件发明专利，申请PCT专利两件。
02细胞活性检测方法新进展
电气信息工程学院杨宁教授团队与澳门大学贾艳伟课题组合作，提出了一种基于变温电阻抗传感的细胞活性检测方法，该方法能够同时精确测量细胞存活率和增殖活力，从而为抗癌药物快速精准筛选提供了新方法。
细胞活性监测对于药物筛选和细胞生理活性研究至关重要。现有细胞活性检测法仅用于研究细胞存活率或增殖活力，导致评估不全面。杨宁教授团队报告了一种基于变温电阻抗传感（ECIS）的细胞存活率和增殖活力综合检测法。该方法通过分析细胞温度耐受应激条件下的阻抗变化直接测量出细胞的增殖活力，解决了传统ECIS方法只能测量细胞存活率的问题。此外，与传统的台盼蓝染色法、MTT法、直接阻抗传感法相比，变温ECIS检测法不仅实现了细胞存活率和增殖活力的综合评估，还解决了细胞活性监测结果易受初始细胞数量影响的难题，使得变温ECIS检测法易于在各种应用场景中使用，且操作更简单，速度更快，结果对样品条件依赖性小，为实现片上快速精准药筛系统构建创造了条件。
电阻抗传感（ECIS）机理
该研究成果以“Temperature Tolerance Electric Cell-Substrate Impedance Sensing for Joint Assessment of Cell Viability and Vitality”为题发表在美国化学学会传感器领域国际权威学刊ACS Sensor，并被选为期刊补充封面。江苏大学杨宁教授为第一作者，电气学院学生惠文豪为第二作者，通讯作者为澳大模拟与混合信号超大规模集成电路国家重点实验室贾艳伟教授。DOI:10.1021/acssensors.1c01211。
03果蔬采后微生物组及生物防治研究领域取得新突破
食品与生物工程学院张红印教授团队在果蔬采后微生物组及生物防治领域取得新突破。该团队研究了生防菌出芽短梗霉（A. pullulans）S-2对番茄采后病害的生物防治效果，同时利用高通量测序技术对番茄表面真菌和细菌微生物区系进行了分析。A. pullulans S-2能抑制番茄腐烂，保持果实硬度，减轻番茄失重。A. pullulans S-2施用后，处理组可保持较高的可滴定酸度、抗坏血酸和番茄红素含量（图1），微生物区系真菌多样性的变化明显大于细菌（图2）。同时，该团队对水果微生物组的影响因素及应用前景（图3）、功能核心微生物组及其对病原微生物的调控（图4）和水果微生物组和人类健康的相关性（图5）进行了探讨，系统阐述了水果微生物组的重要性及其对开发水果采后病害生物防治策略和生物防治产品开发方面的最新研究进展，为拮抗微生物的应用及生防机制的研究提供了新的见解。
图1：A. pullulans S-2对番茄采后病害发生率及储藏品质的影响
图2：番茄在储藏期间表面真菌(A) 和细菌(B) 物种组成图（基于属水平）
图3：影响水果微生物组的主要因素及其在采后生物防治领域的应用前景
图4：核心微生物组和水果中合成群落控制病原微生物的模型
图5：作为一种生物防治策略的水果微生物组和人类健康的相关性
相关研究成果分别发表在国际食品领域顶级期刊Postharvest Biology and Technology（DOI: 10.1016/j.postharvbio.2021.111809, IF 5.537）和Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety（DOI: 10.1111/1541-4337.12783, IF 12.811）上。
04基于监督解耦表达学习的声音事件检测技术新进展
计算机科学与通信工程学院毛启容教授团队与美国韦恩州立大学合作，提出了基于监督解耦表达学习的声音事件检测方法，极大提升了声音事件检测在复杂环境下的鲁棒性，推进了人工智能在声学场景中的应用。
该研究提出监督解耦表达学习方法，自动抽取声音信号的语义属性空间，设计监督解耦代价函数及潜在注意力机制，引导模型为每类事件学习最优的属性表达，从而将混合的声音信号解耦为独立的声音事件。实验和可视化结果验证了所提出方法的高效性和鲁棒性。
相关研究成果以“Reproducibility Companion Paper: On Learning Disentangled Representation for Acoustic Event Detection”为题，在中国计算机学会推荐A类会议、多媒体领域顶级会议ACM International Conference on Multimedia上发表，并获得再现性认证（2021年仅有8篇）。江苏大学为论文的第一单位，高利剑博士为第一作者，毛启容教授及董明教授为共同通讯作者。DOI：10.1145/3474085.3477938。
05基于特征关联分析的异常数据检测方法研究进展
计算机科学与通信工程学院陈锦富教授团队提出了一种基于特征关联分析的异常数据检测方法，用于检测数据流中存在安全隐患的异常数据。
针对不安全数据会降低数据分类、预测等操作的有效性，该方法首先筛选数据流中满足反单调约束的局部特征，并利用数据挖掘中的关联关系挖掘技术准确地挖掘局部特征中具有强/弱关联关系的特征集合。同时基于所挖掘得到的具有强/弱关联关系的局部特征集合，通过考虑特征集出现的频率、包含特征的个数以及特征集与原始数据的相似度，设计了多个偏离指数用于衡量数据的异常程度，提升对异常数据的检测准确性。实验结果验证了所提出方法在检测精度和时间效率方面的有效性与高效性。该研究有助于提升对异常数据的检测效率与精度，从而确保数据安全性。
基于特征关联分析的异常数据检测技术
该研究成果以“An efficient anomaly detection method for uncertain data based on minimal rare patterns with the consideration of anti-monotonic constraints”为题发表在信息系统学科领域顶级期刊Information Sciences（计算机科学1区，影响因子6.795）。论文第一作者是青年教师蔡赛华，陈锦富教授为通讯作者。DOI:10.1016/j.ins.2021.08.097。
06信息时空传播系统应用研究新进展
数学科学学院朱霖河副教授课题组在信息时空传播系统的应用研究上取得新进展。他们提出了一种信息传播系统模拟的新方案，建立了基于稳定空间斑图的系统参数识别新方法，大大提升了理论模型的应用价值。
该工作基于蒙特卡洛方法构建了信息传播非解析的数值模拟方案，得到了稳定状态下网络谣言分布的图灵斑图，实现了对复杂网络及连续空间上时空系统的有效性检验。基于稳定的图灵斑图，课题组还首次将卷积神经网络模型引入图灵系统的参数识别问题中，尝试通过VGGnet构架解决这一回归问题，克服了人为斑图特征提取的困难，减弱了非敏感参数对传统识别方法的不利影响，显著地将一类识别问题的相对误差从17%降低到3%以内。
图灵斑图对比（左图：随机模拟方法，右图：确定性模型模拟）
卷积神经网络结构
部分研究成果以“Turing instability induced by complex networks in a reaction–diffusion information propagation model”为题发表在Top期刊Information Science上，课题组成员何乐同学为论文的第一作者，朱霖河副教授为通讯作者。前期部分重要研究成果发表在数学领域权威期刊Journal of Nonlinear Science 和Discrete & Continuous Dynamical Systems上。DOI:10.1016/j.ins.2021.08.037。
07时滞非线性系统控制研究新进展
数学科学学院赵丛然副教授与美国Case Western Reserve University合作，首次针对同时具有输入时滞和状态时滞的一类非线性系统，给出了无记忆反馈控制器的设计方案。所设计的控制器允许系统存在有限的输入时滞和任意大的状态时滞，且控制器不依赖系统过去时刻的状态信息，在实际应用中更易实现。
该研究成果突破了现有研究方法和研究对象的局限性，为具有输入和状态时滞的非线性系统的无记忆反馈控制提供了统一的设计框架，进一步拓展非线性时滞系统的控制理论与控制方法。
这一成果以“Global Stabilization by Memoryless Feedback for Nonlinear Systems With a Limited Input Delay and Large State Delays”为题，全文发表在控制学科国际顶尖期刊 IEEE TRANSACTIONS ON AUTOMATIC CONTROL（Vol. 66, No. 8, 2021）上。江苏大学为论文第一作者单位，赵丛然副教授为第一作者。美国Case Western Reserve University 的Wei Lin教授（IEEE fellow）是论文的通讯作者。DOI:10.1109/TAC.2020.3021053。
08基于合成规范场的负折射取得新突破
物理与电子工程学院物理声学研究团队与浙江大学、新加坡南洋理工大学合作，在基于合成规范场的负折射领域取得重要突破，首次实验观测到扭曲双层声学超材料中合成规范场引起的负折射。
该工作实验验证了由合成规范场引起的负折射，通过制备扭曲双层声学超材料，选择平面外波数，设计实现了具有连续可调的合成规范场，该机制不同于基于负折射率的超材料或表面相位不连续的超表面。在此基础上，通过合成规范场设计制备了单向传输波导，在该波导中，反向传播特性超过一定的阈值规范场强度，通过非均匀规范场的引入，可以设计制备一系列新型声学器件。类似设计原理可以用于实现规范场诱导的光波与弹性波操纵。
具有不同规范场强度的正折射和负折射转换
非互易负折射和单向反射镜的实验验证
相关成果以“Demonstration of negative refraction induced by synthetic gauge fields”为题发表在Science子刊Science Advances。我校物电学院葛勇副教授为论文共同一作，物电学院孙宏祥教授为共同通讯作者。DOI:10.1126/sciadv.abj2062。
09基于扭曲拓扑缠绕的非厄米趋肤效应取得新进展
物理与电子工程学院物理声学研究团队与浙江大学、新加坡南洋理工大学合作，首次利用非互易声学系统，实验实现了扭曲拓扑缠绕数系统中的非厄米趋肤效应。
单拓扑缠绕系统实验样品、理论计算和实验结果
当实验系统中放大电路连接相邻谐振腔时，系统具有单拓扑缠绕数，所有模式均聚集在单个边界。而当放大电路连接次近邻谐振腔时，系统本征频率的拓扑缠绕表现为“8”型。此外，在拓扑缠绕交点处，模式会均匀分布在所有腔中，表现为布洛赫态。该工作为非厄米非互易系统的研究构建了新平台。所揭示的物理机理可广泛用于电磁波、光学等系统，为研究高阶非厄米趋肤效应等奇异物理效应奠定了基础。此外，该成果有望用于高灵敏度传感器、紧凑单向波导及新型放大器的设计制备中。
相关成果以“Acoustic non-Hermitian skin effect from twisted winding topology”为题发表在Nature子刊Nature Communications。我校物电学院葛勇副教授为论文共同一作，物电学院孙宏祥教授为共同通讯作者。DOI:10.1038/s41467-021-26619-8。
10首次揭示烟酰胺单核苷酸（NMN）或能调菌群促健康
烟酰胺单核苷酸（NMN）是近年火热的膳食补充剂之一，补充NMN被认为能够提高烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）水平，从而改善人体健康。医学院龚爱华教授团队在小鼠饮水中添加NMN，研究长期服用NMN对小鼠肠道菌群、代谢物和肠黏膜屏障等影响，发现小鼠血清NAD+浓度升高，肠道有益菌（AKK菌等）的丰度增加，同时一些有害菌（嗜胆菌属等）的丰度降低；粪便胆汁酸增高、苯酚水平降低；NMN还促进肠黏膜黏液分泌，增加紧密连接蛋白表达，从而改善了肠黏膜屏障完整性。
该研究成果以“NMN Maintains Intestinal Homeostasis by Regulating the Gut Microbiota”为题发表在权威期刊Frontiers in Nutrition（2021 Jul 29;8:714604. doi: 10.3389/fnut.2021.714604. eCollection 2021.），填补了NMN对肠道菌群功能研究的空白。
11面向高级别自动驾驶的驾驶场景语义分割方面新进展
汽车工程研究院蔡英凤教授课题组针对面向高级别自动驾驶的驾驶场景理解中语义分割的精度提升瓶颈，设计了基于多目标泛类内在关联性的精度提升机制，提出了多目标节点图和图卷积网络进行多目标泛类内在关联性特征的提取，在梯度尺度上进行生成对抗学习以融合语义特征与多目标泛类内在关联性特征，突破了语义分割的精度提升瓶颈，在国际最权威的cityscapes数据库测试中获得了mIoU 85.9的分割精度，位列前三。
这一成果近期发表在图像处理领域顶级期刊IEEE Transactions on Image Processing上，该刊影响因子为10.9。蔡英凤教授是该文章的第一作者，博士生戴磊和王海教授等对该工作亦有贡献。DOI:10.1109/TIP.2021.3122293。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/rk3xb1-ecz1pko7M3-u65Q
