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Current Issues: <JZUS-A> <JZUS-B> <FITEE>
Journal of Zhejiang University SCIENCE A
ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly
2025 Vol.26 No.6 P.499-604
CONTENTS
Special Feature on Advanced Ocean Wave Energy Harvesting: Mechanisms, Technologies, and Applications
Guest Editors: Fang HE, Pengcheng JIAO
Research Article
Zhigang SHAN, Mengxia SONG, Jiapeng PAN, Baolong ZHANG, Miaojun SUN, Fang HE
DOI: 10.1631/jzus.A2400045 Downloaded: 874 Clicked: 1296 Cited: 0 Commented: 0(p.499-511) <Full Text><PPT> 4
机构：1中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，中国杭州，311100；2浙江大学，海洋学院，中国舟山，316021；3浙江省能源集团有限公司，中国杭州，310007
目的：通过振荡水柱装置与海上风电单桩基础结合的方式来提高成本效益，有望在提供波浪能的同时增加波能耗散、降低波浪载荷。本文对振荡水柱装置-单桩基础集成系统的水动力特性展开实验研究，旨在探讨波浪条件、动力输出(PTO)特性等参量对其波能俘获和波浪荷载的影响规律，为未来潜在的工程应用设计提供支持。
创新点：1.揭示PTO二次阻尼效应对于波能俘获和波浪荷载的作用机理；2.探讨振荡水柱装置-单桩基础集成系统波能俘获和波浪减荷的协同效应。
方法：1.采用不同尺寸圆形孔板模拟非线性能量俘获系统；2.通过一系列波浪水槽试验，对振荡水柱装置-单桩基础集成系统的水动力特性、波能俘获及波浪荷载展开研究；3.测量气室内气压及液面高程，获取不同入射波浪要素和孔板开口率下的气压及液面振荡信息，并计算气动功率、捕获宽度比等波能俘获性能指标；4.采用减载比量化振荡水柱装置-单桩基础集成系统相对于传统单桩基础的波浪减荷效果。
结论：1.由于二次阻尼效应的存在，不同空气流量下孔板的等效线性阻尼效果不同，而改变孔板开口率将导致气室内液面振荡和波能俘获的峰值波频发生偏移；2.振荡水柱装置-单桩基础集成系统在高频波浪作用下正向减荷效果显著；3.通过调整孔板开口率可使振荡水柱装置-单桩基础集成系统在宽频波浪范围下兼顾较高波能俘获效率和良好结构受力。
关键词组：振荡水柱；海上风电；单桩；波能转换器；波浪荷载
Shun WENG, Liying WU, Lanbin ZHANG, Ke GAO, Junshu ZHANG, Zhiyue ZHANG, Huliang DAI
DOI: 10.1631/jzus.A2400260 Downloaded: 530 Clicked: 622 Cited: 0 Commented: 0(p.512-524) <Full Text><PPT> 4
机构：1华中科技大学，土木与水利工程学院，中国武汉，430074；2中国地质大学，工程学院，中国武汉，430074；3华中科技大学，航空航天学院，中国武汉，430074
目的：无线传感器网络在结构健康监测中非常关键，却受限于电池寿命，因此迫切需要环境能量收集技术以实现长期稳定的电力供应。本文旨在探索和开发一种新型的压电能量收集器，以期利用压电梁和弹性支撑球之间的耦合效应，实现多方向风能的有效捕获和转换。
创新点：1.提出利用压电梁和弹性支撑球之间的耦合效应来捕获风能的新方法；2.基于欧拉-拉格朗日方程开发非线性耦合动力学理论模型；3.通过实验验证耦合系统的动态模型，并研究频率比对输出性能的影响；4.研究来流角度对电气性能的影响，体现其在复杂环境中的潜在应用价值。
方法：1.利用压电梁和弹性支撑球的耦合效应设计能量收集器；2.建立基于欧拉-拉格朗日方程的非线性耦合动力学理论模型；3.通过实验验证理论模型，并进行Galerkin离散化分析；4.通过在风洞中调整收集器与来流风向之间的角度，测试不同来流方向下的电气性能。
结论：1.提出了弹性支撑球与压电梁耦合的球体涡激振动能量采集系统，且开发的动力学理论模型得到了实验验证；2.该俘能器可以有效的俘获多个来流方向的风能，且峰值输出电压相差不超过5%；3.理论和实验结果表明，球体固有频率与压电梁固有频率之比为1.34时可达到最大输出功率，且3.9 m/s风速时平均输出功率约为190 μW。
关键词组：风能采集；涡激振动；压电效应；自锁区间
Binzhen ZHOU, Yu WANG, Zhi ZHENG, Peng JIN, Lei WANG, Yujia WEI
DOI: 10.1631/jzus.A2300285 Downloaded: 1469 Clicked: 8497 Cited: 0 Commented: 1637(p.525-539) <Full Text>
机构：1华南理工大学，土木交通学院，中国广州，510641；2华南理工大学，海洋科学与工程学院，中国广州，511442；3思克莱德大学，船舶与海洋工程院，英国格拉斯哥，G4 0LZ；4克兰菲尔德大学，可持续能源系，英国克兰菲尔德，MK43 0AL
目的：波浪能具有分布广、能流密度大等优点，近年来逐渐成为研究热点，然而波浪能技术的实际应用仍处于初级阶段，存在装机成本高、维护困难、难以收回投资等问题。本文旨在提出一种新型半潜式风力机平台-环形波能装置混合系统，研究混合系统的运动特性与能量特性，并实现波能装置的几何尺寸优化。
创新点：1.提出了一种新型WindFloat半潜式风力机平台-环形波能装置混合系统；2.优化了混合系统中的波能装置；3.分析了入射波角度对混合系统发电功率与运动的影响。
方法：通过约束矩阵，建立半潜式风力机平台-环形波能装置混合系统耦合数值模型，并进行混合系统运动特性与能量特性的研究。
结论：1.混合系统的总发电功率存在两个峰值，一个是环形波能装置共振引起的，另一个是波能装置与平台之间很大的动力输出系统阻尼导致波能装置与平台发生同步运动状态引起的；2.在混合系统总发电功率中，以波能装置共振引起的峰值作为波能装置尺寸优化依据更为合适；3.在部署混合系统时，将两个波能装置的一侧朝向入射波更为合适。
关键词组：半潜式风力机平台；波浪能；波能装置；能量；运动
Review
Ali MATIN NAZAR, Arash RAYEGANI, Maria RASHIDI, Fatemeh RAHIMI SARDO
DOI: 10.1631/jzus.A2300231 Downloaded: 1295 Clicked: 1540 Cited: 0 Commented: 0(p.540-557) <Full Text><PPT> 5
机构：1浙江大学，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院,中国嘉兴，314400；2西悉尼大学，基础设施工程中心，澳大利亚悉尼，Kingswood 2747；3克尔曼沙希德·巴霍纳尔大学，矿业工程系，伊朗克尔曼
概要：本文概述了磁结构摩擦纳米发电机的最新进展及其在沿海桥梁基础设施的能量收集和传感方面的潜力。本文首先简要综述了摩擦纳米发电机的基本物理模式、静电序列以及影响摩擦纳米发电机发电和传输的因素，为后续章节奠定基础。本文的重点是不同类型的磁结构摩擦纳米发电机及其在沿海基础设施中的应用，其主要包括磁性球形摩擦纳米发电机、磁辅助摩擦纳米发电机、用于桥梁的磁结构摩擦纳米发电机以及基于摩擦纳米发电机的磁性多层结构。本文详细讨论了每种类型的磁结构摩擦纳米发电机的优势和局限性，强调了它们各自在不同沿海桥梁基础设施应用中的适用性。此外，论文还探讨了磁结构摩擦纳米发电机面临的挑战，并对其未来发展提出了见解。这些挑战包括需要提高磁结构摩擦纳米发电机在恶劣沿海环境中的耐久性和可持续性，提高其功率输出水平以满足高能量需求，以及需要学术界、工业界和政府机构通力合作以优化磁结构摩擦纳米发电机的性能。
关键词组：能量采集；智能沿海基础设施；摩擦纳米发电机；磁结构
Regular paper
Renpeng CHEN, Meng FAN, Hongzhan CHENG, Huaina WU, Yang ZHANG, Bingyong GAO, Shiqiang RUAN
DOI: 10.1631/jzus.A2400100 Downloaded: 797 Clicked: 1149 Cited: 0 Commented: 0(p.558-572) <Full Text>
机构：1湖南大学，地下空间先进技术研究中心，中国长沙，410082；2湖南大学，建筑安全与节能教育部重点实验室，中国长沙,410082；3湖南大学，土木工程系，中国长沙，410082；4湖南省风工程与桥梁工程重点实验室，中国长沙，410082
目的：本研究旨在评估钢-超高性能混凝土（UHPC）复合加固方法的综合加固效果。
创新点：该研究通过利用极限状态下的截面应变演化以及各材料受力实时监测反演结构内力的新方法计算轴力-弯矩相互作用曲线（N-M曲线）。
方法：1.计算N-M曲线，使用截面应变和实时应力测量；2.通过数值模拟和足尺四点弯曲实验验证计算方法；3.基于材料应力响应比较不同正和负弯矩的加固效果；4.分析各种加固参数的影响。
结论：1.加固截面的N-M曲线包络未加固截面的N-M曲线。2.在正弯矩作用下，大偏心破坏阶段的抗弯能力提高更大；在负弯矩作用下，小偏心破坏阶段的抗弯能力提高更大。3.加固效果的差异源于加固材料利用率对水平轴力的需求不同。4.研究结果为理解钢-UHPC复合材料的加固效果和参数提供了参考。
关键词组：加固效果；钢-超高性能混凝土（UHPC）组合结构；压弯耦合作用曲线；盾构管片衬砌
Centrifuge modeling of contaminant transport in keyed sand-bentonite cutoff walls
Bo HUANG, Linfeng CAO, Jiachen GUO, Chunrui XU, Yuchao LI
DOI: 10.1631/jzus.A2400148 Downloaded: 872 Clicked: 1220 Cited: 0 Commented: 0(p.573-584) <Full Text><PPT> 6
机构：浙江大学，建筑工程学院，软弱土与环境土工教育部重点实验室，中国杭州，310058
目的：嵌入式土-膨润土防污阻隔墙的嵌入部分对其服役性能至关重要。本文通过开展离心模型试验，探讨嵌入部分对污染物迁移的影响，以期为嵌入式砂-膨润土防污阻隔墙的施工设计提供指导。
创新点：1.首次通过离心模型试验模拟了嵌入式砂-膨润土防污阻隔墙内的污染物运移；2.通过在数值模拟中添加裂隙这一内部边界条件，成功模拟了污染物的界面优势运移，使得模拟结果与试验结果吻合。
方法：1.通过离心模型试验，获得嵌入式土-膨润土防污阻隔墙服役36小时（相当于原型41年）后的污染物浓度分布；2.通过分析模型的渗漏量和阻隔墙内污染物浓度分布，探究阻隔墙嵌入部分与弱透水层界面处污染物的运移行为；3.通过小尺度染料示踪试验，验证界面优势运移的存在；4.通过界面优势运移的数值模拟，验证所提方法的可行性，并探究嵌入式砂-膨润土防污阻隔墙的击穿时间和服役寿命。
结论：1.阻隔墙的水平有效应力随深度先增加后减小，这与一些现场测量结果一致；2.在阻隔墙嵌入部分与弱透水层之间的界面存在污染物的优势运移，污染物沿着界面迅速运移，绕过阻隔墙的底部并到达下游；3.在数值模型中使用裂缝这一内部边界来模拟界面优势运移，模拟结果与离心试验结果较为吻合；4.界面优势运移作为一种缺陷，大大加快了污染物的运移速度，将阻隔墙的击穿时间缩短到没有界面优势运移时的1/9；5.在实际工程中，当原位土壤为粒径较大的砂土时，应使用粒径较小的粉土或粘土作为砂-膨润土防污阻隔墙的基土，以防止界面优势运移的产生。
关键词组：防污阻隔墙；离心模拟；污染物迁移；缺陷；击穿时间
Chaozhi MA, Liang GAO, Pu WANG, Bolun AN, Peng ZHOU, Mahantesh M NADAKATTI
DOI: 10.1631/jzus.A2400462 Downloaded: 183 Clicked: 234 Cited: 0 Commented: 0(p.585-604) <Full Text><PPT> 5
机构：1中国矿业大学，力学与土木工程学院，中国徐州，221116；2北京交通大学，土木建筑工程学院，中国北京，100044；3中国铁道科学研究院集团有限公司，铁道建筑研究所，中国北京，100081；4中国铁道科学研究院集团有限公司，金属及化学研究所，中国北京，100081；5高格特理工学院，机械工程系，印度贝尔高姆
目的：明确轮轨动载及其在无砟轨道中传递规律对提升高铁轨道动力学性能具有的重要意义。本文旨在探讨无砟道床自身振动特性对轮轨动载及其振动能量传递的贡献规律，以及阐明无砟道床参振对轮轨宽频动态相互作用的影响机理。
创新点：1.首次通过现场试验辨识了铺设不同隔离层（土工布、缓冲垫层等）下无砟道床的高阶模态参数；2.构建了精细考虑无砟轨道宽频振动特性的车辆-轨道动态相互作用分析模型；3.从模态互调的角度阐明了无砟道床参振对轮轨宽频相互作用的贡献规律和影响机理。
方法：1.通过布设密集的激励点和多个非对称排列的响应点，并结合每个响应点相干函数的实时评估及优化，辨识出无砟道床的高阶模态参数（图4和5）；2.融合试验辨识模态和理论仿真模态，并运用模态叠加法精细构建车辆-无砟轨道相互作用模型（图6）；3.基于无砟道床和轮轨子系统各自模态分析以及耦合下模态互调分析，阐明无砟道床参振对轮轨宽频相互作用的影响机理（图21~23）。
结论：1.无砟道床参振仅对轮轨低频动载有显著贡献，而对无砟轨道全频段振动能量传递规律均有影响；2.无砟道床和轮轨子系统间分别在低频和高频存在强烈和微弱的模态互调效应，而当聚焦在200 Hz以上的轮轨高频动态相互作用时可忽略无砟道床参振的影响；3.隔离层合理刚度的选取应避免无砟道床与轮轨子系统间的模态耦合共振，以减弱无砟轨道的振动能量。
关键词组：无砟轨道；高阶模态辨识；轮轨动载；振动能量传递；互调效应；合理刚度
Journal of Zhejiang University SCIENCE B
ISSN 1673-1581(Print), 1862-1783(Online), Monthly
2025 Vol.26 No.6 P.503-612
CONTENTS
Reviews
Review: Mechanisms of ribosomopathy and phase separation-related ribosomopathy
Zhiyuan PAN, Guofen LIN, Hao LIU, Guozhi LI, Xiaoyi ZHANG, Jiewen DAI
DOI: 10.1631/jzus.B2300904 Downloaded: 942 Clicked: 1143 Cited: 0 Commented: 0(p.503-526) <Full Text><PPT> 8
1上海交通大学医学院附属第九人民医院口腔颅颌面科，上海交通大学口腔医学院，国家口腔医学中心，国家口腔疾病临床医学研究中心，上海市口腔医学重点实验室，上海市口腔医学研究所，中国上海市，200011
2浙江大学医学院附属口腔医院，浙江大学口腔医学院，浙江省口腔疾病临床医学研究中心，浙江省口腔生物医学研究重点实验室， 浙江大学癌症研究院，口腔生物材料与器械浙江省工程研究中心，中国杭州市，310000
3山东第二医科大学口腔医学院，中国潍坊市，261000
4宁波大学附属第一医院整形修复医学中心，中国宁波市，315211
摘要：核糖体是细胞内的核糖核蛋白颗粒，是蛋白质生物合成的场所。编码核糖体蛋白（RP）和核糖体生物发生因子（RBF）的基因突变会导致核糖体功能障碍，从而引发一系列疾病，统称为核糖体病。相分离是一种从均质混合物中产生多相的热力学过程。无膜细胞器和细胞内结构（包括核糖体和核小体）的形成离不开相分离现象的参与。本文系统综述了核糖体的结构、生物发生及其与核糖体病的关系，特别讨论了核糖体病的组织特异性和相分离在其中的作用机制。这些发现为理解核糖体病的发病机理提供重要线索，并为进一步开展核糖体病预防、诊断和治疗提供了新思路。
关键词组：核糖体；相分离；核糖体病；组织特异性
Review: Applications of bioactive peptides in cosmeceuticals: a review
Tolulope Joshua ASHAOLU
DOI: 10.1631/jzus.B2400029 Downloaded: 1531 Clicked: 1134 Cited: 0 Commented: 0(p.527-545) <Full Text><PPT> 8
1Institute for Global Health Innovations, Duy Tan University, Da Nang 550000, Vietnam
2Faculty of Medicine, Duy Tan University, Da Nang 550000, Vietnam
摘要：化妆品行业是一个价值数十亿美元的产业，需要持续聚焦于创新产品的开发以及市场参与度。值得注意的是，预计到2025年，其市场价值将超过7500亿美元，且随着天然来源的新颖、气候友好型、绿色及可持续的成分被纳入，该行业正在不断扩张。本综述基于众多有关食品源衍生肽潜在应用的报告而成，重点关注其在药妆和护肤品配方中的可能用途。首先，本文介绍了与药妆用途相关的生物活性肽的生产方法。随后，探讨了从各类食品来源获取并表征不同抗炎、抗菌、抗氧化、抗衰老和其他多效肽，及其特定机制。最后，重点阐述了在设计或开发基于生物肽的药妆产品时重点考虑的因素，包括生产成本、中试规模操作、稳定性、兼容性、用户安全性、位点特异性及递送方法等。
关键词组：化妆品；护肤品；生物活性肽；功能性成分；药妆品
Shiyao HU, Yiqi CAI, Yong SHEN, Yingkuan SHAO, Yushen DU, Yiding CHEN
DOI: 10.1631/jzus.B2400381 Downloaded: 454 Clicked: 567 Cited: 0 Commented: 0(p.546-556) <Full Text><PPT> 9
1浙江大学医学院附属第二医院乳腺外科，中国杭州市，310009
2浙江大学生命科学学院，中国杭州市，310058
3浙江大学医学院附属第二医院肿瘤研究所（教育部肿瘤预防与干预重点实验室），中国杭州市，310009
摘要：近年来，病毒免疫疗法作为癌症免疫调节治疗的新兴领域备受关注。尽管甲型流感溶瘤病毒在临床前研究中展现出显著抗肿瘤潜力，但其临床转化仍面临诸多挑战。随着基因编辑技术的突破性进展与实验经验的积累，研究者们已着手通过多维度策略提升该病毒的治疗效能。本文系统地综述了甲型流感病毒及其减毒株与相关疫苗在肿瘤免疫治疗中的应用，并重点剖析了其独特优势与现存挑战。同时，我们深入探讨病毒工程化改造的核心技术，阐述其与细胞因子和免疫检查点抑制剂等治疗模块的协同增效机制，以期为突破现有临床疗效瓶颈提供新思路。通过整合前沿研究成果，本文旨在为优化基于甲型流感病毒的肿瘤免疫疗法提供新策略。
关键词组：溶瘤病毒；甲型流感病毒；抗肿瘤；反向基因技术；疫苗；病毒免疫治疗
Review: Potential role of FNDC5 in exercise-induced improvement of cognitive function
Ruobing ZHAO, Xuchang ZHOU, Dongxue WANG, Haifeng TANG, Guoxin NI
DOI: 10.1631/jzus.B2400016 Downloaded: 736 Clicked: 950 Cited: 0 Commented: 0(p.557-572) <Full Text><PPT> 8
1北京体育大学运动医学与康复学院，中国北京市，100084
2厦门大学附属第一医院康复医学科，中国厦门市，361003
摘要：认知功能障碍常出现在阿尔茨海默病、帕金森病、脑血管疾病以及其他神经退行性疾病中，严重影响患者的生活质量，给患者及其家庭带来严重的社会、心理和经济负担。大量研究证实，运动可以通过多种途径延缓认知功能的下降，在此过程中Ⅲ型纤连蛋白结构域5（FNDC5）扮演着重要的角色，但目前对于运动调控FNDC5改善认知功能的研究尚缺乏系统和全面的认识。因此，本文围绕运动介导的FNDC5在认知功能中的最新研究进展，系统地梳理了FNDC5在各种原因导致的认知功能障碍中的积极作用，明确了运动诱导的FNDC5通过抑制神经炎症、改善海马神经发生以及海马突触可塑性等改善认知功能的具体机制，并根据现有文献提出了领域内仍需深入研究的问题，为运动预防和改善认知功能障碍提供了理论依据。
关键词组：运动；Ⅲ型纤连蛋白结构域5（FNDC5）；鸢尾素；认知功能；海马
Xueni ZHANG, Yidi MO, Chunbin LU, Zhijian SU, Xiaokun LI
DOI: 10.1631/jzus.B2300830 Downloaded: 986 Clicked: 1118 Cited: 0 Commented: 0(p.573-588) <Full Text><PPT> 9
1暨南大学发育与再生生物学系，中国广州市，510632
2暨南大学细胞生物学系，广东省生物医学工程重点实验室，中国广州市，510632
3暨南大学基因工程药物国家工程研究中心，中国广州市，510632
4温州医科大学大分子药物与规模化制备全国重点实验室，中国温州市，325035
摘要：受精卵的形成代表妊娠的开始，胎儿的分娩则代表妊娠的结束。成功怀孕需要一系列精心策划的阶段：胚胎植入、子宫持续蜕膜化、胎盘形成和分娩。蜕膜化是妊娠期间子宫内膜发生的重要事件，需要性激素和细胞因子精确调节。其中，成纤维细胞生长因子（FGFs），尤其是FGF2，在这一生理过程中发挥着至关重要的作用。FGF的表达失调可导致蜕膜化不足，进而引发包括先兆子痫、反复着床失败和流产等多种不良妊娠结局。此外，与大多数哺乳动物物种不同，人类子宫内膜的蜕膜化具有规律性的形成和脱落周期，与胚胎是否存在无关。在这篇综述中，我们全面比较各种研究蜕膜化的模型，同时总结子宫内膜FGFs在月经周期中的变化趋势以及由FGF失调引发的子宫内膜疾病。
关键词组：成纤维细胞生长因子（FGF）；蜕膜化；妊娠；不良妊娠结局
Research Article
Jing GUO, Jihong ZHENG, Ruixia LI, Jindong YAO, He ZHANG, Xu WANG, Chao ZHANG
DOI: 10.1631/jzus.B2400099 Downloaded: 690 Clicked: 951 Cited: 0 Commented: 0(p.589-608) <Full Text><PPT> 10
1同济大学生命科学与技术学院，上海市养志康复医院（上海市阳光康复中心）基础研究中心，中国上海市，200092
2上海脑科学与类脑智能技术研究中心，临港实验室，中国上海市，201306
3复旦大学医学院，复旦大学附属妇产科医院，中国上海市，200433
4同济大学生命科学与技术学院，上海市东方医院再生医学研究所，中国上海市，200092
5奥本大学兽医学院，病理生物学系，美国奥本市，36849
6哈德森阿尔法生物技术研究所，美国亨茨维尔市，35806
摘要：印迹基因在哺乳动物胎盘和胚胎发育的调控中起重要作用。本研究利用CRISPR/Cas9技术系统，构建了谷氨酰基环化酶Qpct基因敲除小鼠，并确定Qpct是调控小鼠胎盘形成中的一个新抗血管生成基因。与Qpct+/+小鼠相比，Qpct ?/+和Qpct ?/?小鼠的胎盘和胚胎在E12.5、E15.5和E18.5时表现出明显的过度生长。本研究对32?309个来自Qpct+/+和Qpct ?/?小鼠胎盘的细胞进行单细胞转录组分析，利用snRNA-seq技术鉴定了13个细胞群（包括8880个Qpct+/+细胞和13?577个Qpct ?/?细胞），并通过scRNA-seq技术识别出20个细胞群（包括6567个Qpct+/+细胞和3285个Qpct ?/?细胞）。此外，本研究观察到Qpct?/?小鼠中促血管生成基因的表达水平上调。免疫组化分析显示，在E15.5的Qpct ?/+和Qpct ?/?小鼠的蜕膜层和迷宫层中，血管数量显著增加。此外，在蜕膜层、内皮细胞和巨噬细胞中，多种受体-配体对的相互作用增强，促进了血管生成和炎症反应。本研究结果表明，母本Qpct缺失可导致胎盘和胚胎的表型特征发生改变，并促进小鼠胎盘中血管的生成。
关键词组：谷氨酰基环化酶基因敲除小鼠；胎盘；单细胞测序；过度生长；血管生成
Correspondence
Correspondence: Seeing the macro in the micro: a diffusion model-based approach for style transfer in cellular images
Jiayi CAI, Yong HE, Feng LIU, Byung-Ho KANG, Xuping FENG
DOI: 10.1631/jzus.B2500012 Downloaded: 121 Clicked: 197 Cited: 0 Commented: 0(p.609-612) <Full Text><PPT> 6
1浙江大学生物系统工程与食品科学学院，中国杭州市，310058
2南京农业大学生命科学学院，中国南京市，210095
3香港中文大学生命科学学院，中国香港，999077
摘要：细胞作为生命的基本单位，其内部结构展现出微观世界的无穷奥秘。细胞图像则可为我们提供一扇探索和理解这些结构组成与功能的奇妙窗口。将科学图像与艺术表达相结合，能进一步拓展图像在科普传播和跨学科应用中的潜力。本研究创新性地提出了一种基于扩散模型的细胞图像风格迁移方法，将科学的严谨性与艺术的表现力相融合。该方法利用免训练的大规模扩散模型，将细胞图像中复杂的形态和纹理特征与多样化的艺术风格相结合，通过引入去噪扩散隐式模型（DDIM）反演、自适应实例归一化（AdaIN）、自注意力风格注入以及注意力温度调控等关键技术，在增强视觉表现力的同时，确保细胞结构的完整性。相关研究结果展示了该策略在跨学科应用中的巨大潜力，为细胞图像的可视化和科普传播增添了更具美学和故事性的表现力。
关键词组：细胞图像；风格迁移；扩散模型；艺术表达
Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering
ISSN 2095-9184 (print), ISSN 2095-9230 (online)
2025 Vol.26 No.5 P.671-832
CONTENTS
Review Article
Review Article: A survey of binary code representation technology
Taiyan WANG, Qingsong XIE, Lu YU, Zulie PAN, Min ZHANG
DOI: 10.1631/FITEE.2400088 Downloaded: 771 Clicked: 991 Cited: 0 Commented: 0(p.671-694) <Full Text><PPT> 2
1国防科技大学电子对抗学院，中国合肥市，230037
2网络空间安全态势感知与评估安徽省重点实验室，中国合肥市，230037
摘要：二进制分析作为一项重要的基础技术，为软件工程与安全研究领域的众多应用提供支撑。随着软件规模的不断扩大与软件体系架构的复杂演进，二进制分析技术面临全新挑战。为突破现有瓶颈，研究人员将人工智能技术应用于二进制代码理解与分析，其核心在于如何对二进制代码进行表征，即如何使用智能化方法为二进制代码生成含有语义信息的表征向量，从而应用于多种二进制分析下游任务。本文围绕现阶段二进制代码表征技术的研究最新进展进行调研与分析，将现有相关研究的工作流程分为二进制代码特征提取方法与二进制代码特征嵌入方法两部分予以介绍。特征提取部分主要包含特征定义与分类以及特征构造。首先系统性阐述特征的抽象定义与分类，其次详细介绍构建特征具体表征的过程。在特征嵌入部分，根据所用的不同智能语义理解模型，以文本嵌入模型与图嵌入模型的使用情况作为分类依据，将嵌入方法分为4类并予以介绍。最后总结现有研究的整体发展思路，并对二进制代码表征技术相关的一些潜在研究方向进行展望。
关键词组：二进制分析；二进制代码表征；二进制代码特征提取；二进制代码特征嵌入
Research Articles
Zhiwei ZHU, Xiang GAO, Lu YU, Yiyi LIAO
DOI: 10.1631/FITEE.2400344 Downloaded: 604 Clicked: 807 Cited: 0 Commented: 0(p.695-712) <Full Text><PPT> 3
1浙江大学信息与电子工程学院，中国杭州市，310027
2浙江省信息处理与通信网络重点实验室，中国杭州市，310027
摘要：细分是一种广泛使用的网格细化技术。经典方法依赖于固定的手工定义的加权规则，难以生成具有适当细节的更精细网格，而先进的神经细分方法虽然实现了数据驱动的非线性细分，但缺乏鲁棒性，细分级别有限，而且在新形状上会出现伪像。为解决这些问题，提出一种神经网格细化（NMR）方法，该方法从精细形状中学习几何先验，再通过细分自适应地细化粗糙网格，并展示了鲁棒的可泛化性。我们的关键见解是，有必要将网络从非结构信息（如尺度、旋转和平移）中解耦出来，使其能够专注于学习和应用局部补丁的结构先验来进行自适应细化。为此，引入内在结构描述符和局部自适应神经滤波器。内在结构描述符排除非结构信息以对齐局部补丁，从而稳定了输入特征空间，使网络能够鲁棒地提取结构先验。神经滤波器采用图注意机制，提取局部结构特征，并将学习到的先验知识应用于局部补丁。此外，我们观察到，与L2损失相比，Charbonnier损失可以减轻过度平滑。结合这些设计选择，所提方法获得了鲁棒的几何学习和局部自适应能力，增强了对未知形状和任意细化级别的泛化能力。在一组复杂的三维形状上评估了该方法，结果表明它在几何质量方面优于现有细分方法。项目页面见https://zhuzhiwei99.github.io/NeuralMeshRefinement.
关键词组：几何处理；网格细化；网格细分；解耦表征学习；神经网络；图注意力
Li CHEN, Fan ZHANG, Guangwei XIE, Yanzhao GAO, Xiaofeng QI, Mingqian SUN
DOI: 10.1631/FITEE.2400594 Downloaded: 542 Clicked: 726 Cited: 0 Commented: 0(p.713-727) <Full Text>
1国家数字交换系统工程技术研究中心，中国郑州市，450003
2复旦大学计算与智能创新学院，中国上海市，201203
3东南大学网络空间安全学院，中国南京市，211189
摘要：人工神经网络（ANN）在遥感影像目标检测方面取得显著进展。然而，低检测效率和高能耗一直是遥感领域的重要瓶颈。脉冲神经网络（SNN）以稀疏脉冲的形式处理信息，为计算机视觉任务带来高效能优势。不过，大部分研究工作集中在简单分类任务上，仅有少数研究者将其应用于自然图像的目标检测。本文考虑到生物大脑的简约特性，提出一种人工-脉冲神经网络快速转换方法，用于遥感影像检测。基于群组稀疏特征建立快速稀疏模型进行脉冲序列感知，并对原始图像进行变换域内的稀疏重采样，从而快速感知图像特征和编码的脉冲序列。此外，为满足相关遥感场景中的精度要求，从理论上分析了转换误差，提出通道自衰减加权归一化方法，以消除神经元过度激活。所提遥感影像目标检测模型被称作S3Det。基于一个大型公开遥感数据集的实验表明，S3Det实现了与ANN相似的精度。同时，我们的转换网络稀疏度为原始算法的24.32%；能耗仅为1.46 W，是原始算法的1/122。
关键词组：遥感影像；目标检测；脉冲神经网络（SNN）；脉冲序列快速感知；通道自衰减归一化
Xintao DUAN, Chun LI, Bingxin WEI, Guoming WU, Chuan QIN, Haewoon NAM
DOI: 10.1631/FITEE.2300762 Downloaded: 925 Clicked: 1494 Cited: 0 Commented: 0(p.728-741) <Full Text><PPT> 2
1河南师范大学计算机与信息工程学院，中国新乡市，453007
2河南师范大学人工智能重点实验室，中国新乡市，453007
3汉阳大学电气与电子工程学院，韩国安山市，15588
4上海理工大学光电信息与计算机工程学院，中国上海市，200093
摘要：为增强公共渠道传输过程中信息的安全性，图像常被用于二进制数据隐藏。由于采用联合图像专家组（JPEG）压缩，数据容易失真，恢复原始二进制数据面临挑战。本文提出一种开创性的二进制数据隐藏方法，利用一种结合了空间和通道注意力机制的Transformer模型（称为SCFformer）抵抗JPEG压缩。该方法在隐藏阶段采用一种新颖的离散余弦变换（DCT）量化截断机制，以增强图像的抗JPEG压缩能力，并通过空间和通道注意力机制将数据隐藏到不易察觉的区域，增强模型对隐写分析的抵抗能力。在提取阶段，DCT量化机制最大限度减少压缩过程中秘密图像的丢失，从而更容易实现信息的提取。可扩展模块的整合增加了灵活性，允许可变容量的数据隐藏。实验结果证实所提方案具有高安全性、大容量和高灵活性，同时在JPEG压缩后的二进制数据恢复方面取得显著改进，展示了所提方法的有效性。
关键词组：二进制数据隐藏；抗JPEG压缩；离散余弦变换量化；SCFformer
Anti-quantum cross-chain identity authentication approach using dynamic group signature
Huifang YU, Mengjie HUANG
DOI: 10.1631/FITEE.2400443 Downloaded: 505 Clicked: 514 Cited: 0 Commented: 0(p.742-752) <Full Text><PPT> 2
1西安邮电大学网络空间安全学院，中国西安市，710121
2信息工程大学网络空间安全教育部重点实验室，中国郑州市，450001
摘要：为解决区块链跨链交互中存在的用户隐私泄露和身份孤岛问题，基于动态群签名技术，提出一种面向智慧教育的抗量子跨链身份认证方法（DGS-AQCCIDAA）。使用基于中继的跨链安全模型，实现异构联盟链的互联互通。动态群签名被用作跨链身份认证的背书策略。所提方法具有容错学习和非齐次小整数解假设下的抗量子安全性，并使用非交互式零知识证明来保护用户身份隐私。所提方法计算开销低，可为智慧教育系统中的跨区块链提供匿名身份认证。
关键词组：跨链；身份认证；动态群签名；抗量子安全；零知识证明
Optimal federated fusion of multiple maneuvering targets based on multi-Bernoulli filters
Yu XUE, Xi'an FENG
DOI: 10.1631/FITEE.2400598 Downloaded: 508 Clicked: 436 Cited: 0 Commented: 0(p.753-769) <Full Text><PPT> 2
西北工业大学航海学院，中国西安市，710072
摘要：为实现多个不确定机动目标的最优融合跟踪，提出一种具有分层结构的联合多高斯混合多伯努利（JMGM-MB）滤波器的联邦融合算法。JMGM-MB滤波器以交互多模型（IMM）滤波形式传递每个潜在目标的状态密度，因此精度高于多模型高斯混合多伯努利（MM-GM-MB）滤波器。在分层结构中，每个传感器节点执行局域JMGM-MB滤波器来捕获存活目标、新生目标和消亡目标。所提算法的一个显著特点是在融合节点运行一个主滤波器，以帮助判断状态估计的来源和补充漏检。所有滤波器的输出被关联为多组单目标估计。严格推导了IMM滤波器的最优融合，并将其用于合并关联的单目标估计。引入协方差上界技术以真正消除滤波器间的相关性，进而保证了算法的最优性。仿真结果表明，所提算法在线性和异类场景中均优于现有的集中式和分布式融合算法，且允许灵活调整主滤波器和局域滤波器的相对权重。
关键词组：不确定机动目标；联合多高斯混合多伯努利滤波器；分层结构；最优融合；相关性
Memory-efficient tensor parallelism for long-sequence Transformer training
Peng LIANG, Linbo QIAO, Yanqi SHI, Hao ZHENG, Yu TANG, Dongsheng LI
DOI: 10.1631/FITEE.2400602 Downloaded: 69 Clicked: 97 Cited: 0 Commented: 0(p.770-787) <Full Text><PPT> 1
国防科技大学计算机学院并行与分布计算全国重点实验室，中国长沙市，410073
摘要：近年来，基于Transformer架构的大语言模型（LLM）凭借卓越性能引发广泛关注。工业级LLM需处理长序列输入以提供优质服务。然而，内存消耗随序列长度呈平方级增长，制约长序列训练的扩展能力。现有并行方法在执行过程中产生冗余张量，存在内存优化空间；同时，张量并行（TP）无法实现计算与通信的有效重叠。针对上述问题，本文提出一种通用并行方法—内存高效张量并行（METP），专为Transformer训练核心计算单元（即两个连续矩阵乘法及其间可能存在的函数运算O=f(AB)C设计）。METP将计算O的子任务分配到多设备，采用点对点通信（send/recv）替代集合通信交换子矩阵完成计算，避免生成冗余张量。通过双缓冲技术实现计算与通信的深度重叠，并提出完全重叠的理论条件以指导长序列Transformer训练。理论分析表明：当并行度为p时，METP在未使用FlashAttention计算注意力时的内存开销为O(1/p3)；在使用FlashAttention计算多头自注意力时，相比TP至少可节省41.7%内存。实验证明，基于8块A100 GPU的配置，METP可使序列长度较其他方法提升2.38–2.99倍。
关键词组：分布式学习；大规模语言模型；长序列；机器学习系统；内存高效；张量并行
Liang PENG, Jie YAN, Peng WEI, Xiaoxiang WANG
DOI: 10.1631/FITEE.2300873 Downloaded: 939 Clicked: 1576 Cited: 0 Commented: 0(p.788-804) <Full Text><PPT> 2
北京邮电大学泛网无线通信教育部重点实验室，中国北京市，100876
摘要：准确的短期流量预测对于提高低轨道卫星网络的数据传输效率至关重要。但是，在复杂空间环境中，收集器失败、传输错误和内存失败可能导致流量值丢失。不完全的流量时间序列阻碍了数据的有效利用，从而显著降低流量预测精度。为解决这一问题，提出一种基于时空相关性的不完全时间序列流量预测模型，该模型分为两个阶段：通过缺失数据推断方法重构不完全时间序列和基于重构的时间序列进行流量预测。在第一阶段，提出一种基于改进的去噪自编码器的缺失数据推断模型。具体来说，将去噪自编码器与格氏角求和场相结合，建立不同时间间隔之间的时间相关性，并从时间序列中提取结构模式。利用低轨道卫星网络流量独特的时空相关性，重点改进去噪自编码器的缺失值初始化方法。在第二阶段，结合低轨道卫星网络的时空相关流量，提出一种基于多通道注意机制卷积神经网络的流量预测模型。最后，为实现这些模型的理想结构，使用多元宇宙优化算法以选择模型参数的最优组合。实验表明，在不同数据缺失率下，所提模型在流量预测精度方面优于基线模型，证明了该模型的有效性。
关键词组：不完全时间序列；去噪自编码器；时空相关性；流量预测；低轨道卫星网络
Min JIA, Jian WU, Xinyu WANG, Qing GUO
DOI: 10.1631/FITEE.2400448 Downloaded: 574 Clicked: 531 Cited: 0 Commented: 0(p.805-815) <Full Text><PPT> 3
哈尔滨工业大学电子与信息工程学院，中国哈尔滨市，150006
摘要：最近研究表明系统容量对蜂窝网络非常重要。本文考虑最大化蜂窝网络下行链路和上行链路的加权和速率，其中每个小区由一个全双工基站和半双工用户组成。联邦学习可以在没有集中数据的情况下训练模型，实现对用户数据的隐私保护。将移动边缘计算服务器放置在低轨卫星上，可形成低轨卫星边缘计算系统，大大提高卫星的处理能力。因此，本文将联邦学习和移动边缘计算结合，提出一种基于联邦学习的计算卸载算法，在保证用户数据安全的同时最大化加权和速率。采用具有出色全局搜索能力的深度强化学习算法解决子信道分配和功率分配问题。仿真结果表明，与基准算法相比，该算法实现了最大的加权和速率，并具有良好收敛性能。
关键词组：联邦学习；低轨卫星；移动边缘计算；深度强化学习；计算卸载
Qinyan MA, Jing XIAO, Zeqi SHAO, Duona ZHANG, Yufeng WANG, Wenrui DING
DOI: 10.1631/FITEE.2400080 Downloaded: 792 Clicked: 1052 Cited: 0 Commented: 0(p.816-832) <Full Text>
1北京航空航天大学电子信息工程学院，中国北京市，100191
2北方工业大学人工智能与计算机学院，中国北京市，100144
3北京航空航天大学无人系统研究院，中国北京市，100191
摘要：自动调制分类（AMC）在无线通信中既具挑战性又起到至关重要的作用。尽管基于深度学习的方法在信号处理中得到广泛应用，但它们面临着信号分布变化的挑战，特别是在各种信道条件下。本文介绍了一种基于迁移学习的对抗迁移框架，名为频谱学习对抗网络（FLANs），用于跨场景信号分类。该方法利用频谱稳定性，通过引入频率适应（FA）技术，将目标信道信息融入源域信号。为解决信道中的不可预测干扰，采用拟合信道适应（FCA）模块，以减少因信道环境变化引起的源域和目标域之间的差异。实验结果表明，在高信噪比的跨场景真实采集数据集CSRC2023上，FLANs优于现有最先进迁移方法，其分类准确率最高值提高了5.2个百分点。
关键词组：频谱；生成对抗网络；迁移学习；自动调制分类；无线通信