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程纲教授演绎脑科学与类脑研究
发布时间:2021年03月19日 10:48    作者:


类脑是个什么“脑”?且听国家优青告诉您。3月18日,总第35期、2021年第5期“河南大学生物&医学午茶会”(Henan University,Biweekly BioMed Seminar,简称“HU-BBS”)在基础医学院/抗体药物开发技术国家地方联合工程重点实验室三楼会议室顺利举行,国家优秀青年基金获得者、bat365在线官网登录材料学院/特种功能材料教育部重点实验室程纲教授应邀主谈“类脑神经的感存算一体化智能光电传感系统”。生物学、化学、数学、医学、药学、物理学、材料学、人工智能、心理学等多学科领域专家学者近50人在现场聆听了精彩学术报告,并面对面与主谈嘉宾开展热烈讨论,校内外更多名专家学者和广大硕博研究生通过腾讯会议在线参加研讨,第一附属医院部分青年临床医师在分会场收看。

脑科学与类脑研究目前是国际新兴科技创新领域,是事关国家安全和发展全局的基础核心领域。刚刚发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》把脑科学作为前瞻性、战略性的国家重大科技项目,进行原创性引领性科技攻关。主要包括脑认知原理解析、脑介观神经联接图谱绘制、脑重大疾病机理与干预研究、儿童青少年脑智发育、类脑计算与脑机融合技术研发等重大课题。

报告从一个有趣的丝带打结游戏开始。每人一条丝带,两手分别捏住丝带两端,试着如何给丝带打个死结?带着无限好奇和浓厚兴趣,在常规思维下,没有一个人打结成功。对于答案,程纲秘而不宣,而是带着问题开始了他精心准备的报告。围绕国内外脑科学和类脑研究的背景、面临的问题、研究思路、工作进展等,程纲带领在座专家学者领略了脑科学与人工智能前沿科技交叉融合的无限魅力和挑战。

程纲介绍,人工智能是一种新兴战略性产业,是新一轮产业变革的核心驱动力,已被列入国家重大战略。而传感器是人工智能的感知终端,2020年全球市场规模已达3000亿美元,中国的市场份额已占据1000亿美元,传感器成为市场对人工智能的刚性需求。机器要实现真正的“人工智能”,必须模拟大脑神经元结构,相互连接成为复杂网络。为说明大脑神经元的原理,程纲揭开了报告前丝带打结游戏的谜底,大家恍然大悟。程纲指出,人工智能经历了简化、训练、识别、存算分离、存算一体等发展历程,数学算法已十分精湛,但仍存在获取外界的信息时需要大量的信号转换单元、额外增加大量的功耗与时间等问题。因此,感存算一体的神经网络应运而生。感存算一体的神经网络有三大优势:片上集成技术集感存算于一体、信号的传递速度有效提高、芯片的功耗大大降低。

针对感存算一体的神经网络,程纲团队前期做了大量原创性、基础性研发工作,开发了超高灵敏、超快回复速度的ZnO纳米线紫外光检测器,解决了长期困扰的回复时间长的突出问题,并发展了多种高性能器件。同时又开发了Si纳米柱阵列、ZnO纳米网格、Au纳米网格、Au纳米网络等器件,采用EBL法、多电极电场组装、单电极电场组装等方法,得到了宝贵的单根纳米线器件。这一系科研成果因此获得了2013年、2014年“河南省科技进步二等奖”。

科学研究的魅力在于探索未知。据了解,程纲团队在攻克了一个又一个科研难题后,他们接续迈向了新的科研高地——半导体光电传感器的普遍难题:表面调控。表面调控存在三大技术壁垒:器件性能受表面状态控制、表面态复杂多变、缺少调控表面态的有效手段。针对这些问题,程纲远赴美国佐治亚理工学院进行为期三年的学术访问,与王中林院士合作并提出摩擦纳米发电机的概念,并将之发扬光大。经过不懈努力,他们建立了廉价、易于集成的气体离子栅光电器件系统,实现了表面态的原位调控,激活了吸附过程,以最佳效果控制微区光电过程,且放电条件温和,含有丰富的O2-,O-,N2+离子。

报告最后,程纲展示了其团队独特的“实验室文化”。据介绍,程纲团队以“摩擦点燃梦想,自强驱动人生”作为课题组的集体宣言和文化制度建设核心,将“自驱动”作为课题组的文化代名词。意味着团队和成员不仅仅做自驱动的纳米器件,更要实现人生的自驱动,要点燃自己的梦想,树立高远的目标,发扬科学精神,坚持原始创新,自强不息,努力拼搏,践行初心使命,实现人生价值。“自强”是为了感念物理学、材料学创始人朱自强先生,激励后来者不忘初心、方得始终。同时,课题组共同唱响《追梦赤子心》,开办“找回初心”科学论坛,举办“初心是宝,为梦奔跑” 团体越野跑等。经过长期积淀,他们确定“初心” 、“ 梦想” 、“ 奔跑”为课题组的三大法宝。在实验室文化的浸润下,程纲团队形成了具有鲜明特色的“FIRE TOGETHER, WIRE TOGETHER”文化传统。

据悉,HU-BBS自创办以来重在发挥bat365在线官网登录综合性大学多学科基础研究综合优势,以跨学科高层次人才学术交流为载体,进一步激活人才资源,探索建立“生物学+医学+X”多学科交叉融合的新机制。HU-BBS系列活动的开展,契合了学校《2021年工作要点》“优化学科方向布局,推动学科内涵发展”的学科建设导向。承办方表示,HU-BBS将持之以恒、锲而不舍,坚持“增进学者友谊、促进学术创新、推进‘一流’建设”的宗旨,把校内外不同学科背景的高端专家学者汇聚在一起,通过广泛的学术交流,寻求交叉创新的契合点,拓展友好合作的新空间,为培育新的特色学科增长点提供人才支撑和智力支持。同时努力把HU-BBS打造成为特色鲜明、享誉校内外的高质量学术交流品牌和高端人才联谊平台。

程纲,男,1978年1月生,河南大学材料学院,博士,教授,博士生导师,国家优秀青年基金获得者,河南省中原千人计划科技创新领军人才,河南省高校科技创新团队带头人,河南省科技创新杰出青年,河南省学术技术带头人,河南省物理学会常务理事。2000年获得河南大学物理学专业学士学位,2003年获得河南大学凝聚态物理学专业硕士学位,2008年获得吉林大学凝聚态物理专业博士学位。2003年起在河南大学特种功能材料教育部重点实验室工作,2013-2016年在美国佐治亚理工学院做访问学者。多年来主要从事纳米结构光电器件的研究,在纳米结构的构筑、表界面光电特性表征以及光电纳米器件方面开展了较为系统的研究工作,重点研发了肖特基势垒纳米光电器件、摩擦纳米发电机、自驱动纳米光电器件等新型器件。在ACS Nano、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、Adv. Funct. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nano Energy、Appl. Phys. Lett.等期刊发表SCI论文40余篇。主持国家自然科学基金4项,主持省部级课题3项,获得河南省科技进步二等奖2项,授权国家发明专利14项。








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