复旦大学118周年校庆：学术报告会推动科学研究与新工科发展

2023年5月27日，是复旦大学建校118周年校庆。 “校庆期间的各种活动都是以推动科学研究为中心。”自1954年校庆前夕，时任校长陈望道提出这一想法以来，校庆期间举办科学讲座已成为复旦大学重要的学术传统之一。

这一学术传统一直延续了数百年。 5月9日起，来自文、社、理、工、医等各学科领域的50余位复旦名师将陆续进行学术讲座。

在庆祝建校118周年“持续推进集成创新，打造新工科发展新动能”系列学术讲座新工科专场上，7位复旦科学家分享了各自领域的前沿进展，为观众打开一扇了解未来科技的窗口。窗户。

集成芯片与系统国家重点实验室主任、芯片与系统前沿技术研究院院长、中国科学院院士刘明，光伏科学与技术国家重点实验室学术带头人詹益强信息科学与工程学院副院长、计算机科学系教授严波，科技学院教授，​​新一代集成电路技术集成领军人物。台湾副所长、微电子学院副院长、教授周鹏，生物医学工程技术研究所副所长、信息科学与工程学院教授、电磁学重点实验室主任塔德安教育部波浪信息科学学院信息科学与工程学院副院长、教授徐峰、工程与应用技术研究所青年研究员方洪斌先后作报告。

集成电路的创新发展之路

“今年是晶体管诞生76周年，我想和大家一起回顾一下晶体管和集成电路是如何发展起来的，以及它们如何改变了在座大家的生活方式。”报告一开始，刘明简要介绍了集成电路的发展历程。

刘明 本文图片均由复旦大学提供

“晶体管的发明不是一个孤立的事件。”历史上，无数学者为集成电路领域做出了贡献。晶体管是前人基于对固态物理和市场需求的深刻理解而开发出来的。 。刘明总结道：“不同原理和功能的器件和电路架构使得集成电路能够广泛应用于不同领域。研究人员在器件和电路架构方面的突破也将使集成电路有新的应用。”场景。”

刘明介绍，提高集成度、提高性能、降低功耗是集成电路技术发展的核心目标。长期以来，晶体管尺寸的不断缩小推动了集成电路技术的快速进步。材料、器件结构、光刻技术、封装、甚至EDA工具都在缩小集成电路尺寸的过程中不断发展。

为了进一步缩小晶体管的尺寸，集成电路的制造工艺和设备变得越来越复杂。刘明以EUV光刻机为例，从光源、透镜材料与结构、图案转移模式等方面介绍了光刻技术的多元化创新。指出，EUV光刻机是人类有史以来制造的最复杂、最精密的机器，也是全球产业合作的产物。

与此同时，先进工艺芯片面临光刻“面积墙”的约束，单芯片（裸片）面积已逼近光刻机图案投影能力的极限。针对此类挑战，刘明提出，集成电路产业正在进入系统、设计、制造、封装协调发展的新阶段。集成芯片技术——芯片级半导体集成技术可以将复杂的芯片分解为核心颗粒，利用硅精密制造技术将多个核心颗粒集成在一起，实现复杂的系统集成和应用，突破“面积墙”限制，实现芯片性能提升和功能扩展。

实现可持续发展需要新型、更高效、更稳定的太阳能电池

詹益强在题为《柔性、高效、稳定的钙钛矿太阳能电池研究》的报告中指出，当前，全球能源和环境问题突出，钙钛矿电池的整体发展可以有效提高太阳能光伏产品和技术的供给能力并促进可持续性。加快实现碳达峰和碳中和。

詹益强

太阳能是一种理想的清洁能源，利用半导体光伏效应是人类高效利用太阳能的重要途径。詹益强介绍，新型钙钛矿光伏技术是复​​旦大学光伏科学与技术国家重点实验室的重点研究方向之一。实现了媲美单晶硅技术的高效率，成本低、能耗低，兼容大规模应用。面积、灵活性等独特优势。

团队面向国家重大需求，着力解决先进太阳能电池技术重大科学问题，聚焦低成本高效钙钛矿电池实用前沿技术等重点任务，打造光伏技术源泉创新。

经过十余年的系统研究，团队采用共价交联策略，初步解决了钙钛矿本质稳定性的核心问题。结合表面与界面改性、应力控制等手段，协同提高器件的使用寿命。相关研究开发了适合柔性基板的低温制备工艺，利用下转换发光材料拓宽柔性钙钛矿的光吸收范围，制备出更高效的柔性钙钛矿光伏器件。面向未来，柔性钙钛矿器件也有可能广泛应用于航空航天、建筑光伏一体化、交通运输、可穿戴便携式设备等领域。

AIGC大车型发展是未来大势所趋

当前，AIGC（即“生成式人工智能”）正在颠覆各个领域的科学研究，也对人类社会产生影响。颜波在题为《AIGC新引擎及其多学科交叉融合应用》的报告中介绍，AIGC包含算力、数据、算法三大要素，其技术已演变成三大前沿能力：孪生、编辑、和创造。 AIGC+X范式可以为科学研究提供新方法、发现新材料、产生新数据。

严波

“量的变化引发了AIGC生成能力的质的变化。比如最近流行的大语言模型ChatGPT就让我们看到了质变的结果。”颜波表示，目前AIGC模型的潜力凸显，可以实现高保真3D建模。它可以实时合成会说话的人物，还可以基于文本合成创意内容，生成高分辨率视频。

随着社会的发展，行业在智能安防、智能医疗、智能终端等领域提出了新的需求。对此，AIGC可以更好地解决媒体适配和编辑、远距离小物体观看不准确、质量低等问题。分辨率不清晰等问题。

AIGC强大的编辑能力也在现实社会中发挥着重要作用。其实验室研发的“全集中”监控视频集中系统，可以实现条件语义的快速定位和识别，达到快速破案的目的，并减少99%的搜索时间。目前，该监控视频全集中技术及系统已成功应用于深圳市公安局的办案侦查工作。

AIGC的孪生能力也被巧妙地运用在复旦大学历史博物馆的历史资料修复中，让承载复旦记忆的重要历史影像资料得以高清再现。

在AI+医疗领域，实验室开展AIGC+医疗应用研究，开发了“内窥智能眼”核心算法和硬件系统。相关成果四年来已惠及8万多名患者。

颜波最后总结道，AIGC大模型的发展是未来的大趋势，将有力支撑AI+科学研究，带来新的研究范式。

与硅集成的二维半导体产业是新蓝海

集成电路在我国现代工业发展中发挥基础支撑作用，是实现高水平科技自力更生的重要组成部分。晶体管是关系人类未来的底层技术。晶体硅帮助晶体管实现了集成电路的“增量”奇迹。

近年来，集成电路领域的问题和挑战日益显现。其中最重要的是收缩带来的工艺问题、能量密度过高带来的能耗问题、存储墙带来的速度不匹配问题。受尺寸缩小、功耗与能效、存储墙三大物理原理的限制，集成电路的性能发展逐渐放缓。

周鹏

只有创新才能突破瓶颈，集成电路领域急需新材料、新结构、新器件的突破。周鹏团队将目光转向物理性质更丰富、性能更多样化的二维材料，构建新器件，寻找解决当前硅集成密度和能耗问题的方法。

“凭借其独特而优异的性能，二维半导体有望克服传统技术瓶颈，缓解硅基集成电路开发中的能耗挑战和存储困难。”周鹏说道。近年来，周鹏带领团队实现了双表面沟道晶体管（TSCFET）、超薄多沟道环栅晶体管（MBCFET）、硅基二维异质集成堆叠晶体管（CFET）、二维维PN闪存等一系列研究成果。

“我今天的报告是为了证明二维半导体是可行的。”周鹏表示，二维半导体具有独特的电学、热学、化学和光学特性，有望实现最终的栅极长度缩放，并可用于构建紧凑的器件。对于后端 CMOS 电路 (CFET)，基于实验室的超大规模 2D 晶体管已显示出良好的性能，并且工业规模生产 2D-FET 的途径也正在开发中。

周鹏认为，与硅集成的二维半导体产业是一片新蓝海，需要进一步创新驱动、持续核心技术研发。

挑战“禁区”：骨骼系统超声评估与调控

20多年前，骨骼是超声诊断的“禁区”。他的团队挑战“禁区”，在骨超声研究方面取得了重大进展。此次，他带来了题为《骨骼系统的超声评估与调控》的报告。

骨质疏松症是影响人类健康的第二大疾病。中国有超过1亿骨质疏松症患者。可以说，骨骼超声研究面向人民生命健康和国家重大战略需求。

诊断成人骨质疏松症时，主要采用X线、CT、双能X线。 “这些方法可以反映骨骼的‘数量’，即骨密度；但无法反映骨骼的‘质量’，比如骨弹性。”何德安指出。

多年来，超声因其诸多优点而受到人们的重视和临床应用。然而，现有的骨超声成像仪大多采用超声波传输方式，其测量位置有限，通常只能测量跟骨。成像空间分辨率低，只能粗略地显示骨的内部形态和轮廓信息。

他很好

面对诸多挑战，塔店团队提出了超声在蜂窝状松质骨中散射的理论模型，构建了超声在充满粘液的多层管状长骨中传播的理论模型，优化了基于元学习的逆问题求解算法，并研制开发了一种基于超声背散射法的新型骨超声诊断仪。

目前，这款骨超声诊断仪已用于迪星二号实验的头低位卧床实验。为中国空间站宇航员研究微重力环境下骨质流失规律、对抗骨质流失提供了重要的理论依据和大量有价值的实验数据。

雷达技术的革命：合成孔径雷达

一周前，上海市科学技术奖励大会传来好消息。徐峰团队荣获上海市自然科学奖一等奖。此次他站在祥晖厅的舞台上，发表了题为《微波视觉与雷达智能目标识别》的报告。

徐峰

最传统的雷达是二战期间发明的，配备了圆形显示界面，检测到的目标会以光标的形式出现在界面上。徐峰团队正在研究的是合成孔径雷达（SAR），可以安装在卫星或飞机等飞行平台上，对地球进行全天候成像，实现从一维测距到二维高空成像的跨越-分辨率成像。 ，是雷达技术的一场革命。

经过40多年的自主研发，我国已发射了数十颗雷达卫星，但仍面临着一个亟待突破的应用瓶颈，即雷达图像解译。 “雷达卫星每天可以获得海量的数据，单纯依靠训练有素的专业人员进行人工判读效率非常低。我国迫切需要开展SAR图像自动判读的基础研究。”徐峰说。

微波视觉是金亚秋院士提出的新概念，即开发受物理启发的人工智能技术，致力于在微波域自动解读雷达图像。徐峰介绍了微波视觉与传统光学视觉在工作原理、图像特性、认知机制等方面的差异。如果说光学视觉是基于光刺激先天视觉神经网络并获得大数据学习和训练的仿生视觉，那么微波视觉是基于电磁物理机制的可解释的物理视觉，并且能够适应稀疏数据。

除了讨论微波视觉的物理基础、智能基础、认知基础，提出多种智能目标识别算法外，徐峰团队还设计了一套无人机载雷达成像算法和系统。报告会播放的视频中，无人机缓缓升空在光草之上，对邯郸校区主区和南区进行高分辨率SAR成像，实现了无需辅助定位的高分辨率成像。团队目前正致力于开发用于星载和星载智能处理的微波视觉原理样机，并进一步将研究成果推向实际系统。

各种大型模型出来后，徐峰团队对其做了一些测试，发现很难直接应用物理属性较强的雷达图像，说明没有学到系统的物理知识。因此，他认为以科学为代表的物理智能对于AI来说有很大的发展空间。面对“ChatGPT是否意味着奇点到来？”的问题。徐峰在报告最后给出了自己的回应，“无论奇点是否到来，我们都相信科学！”

从大自然中汲取灵感，打造未来的机器人

未来机器人将走向何方？动物和折纸为科学家提供了无尽的灵感。

“机器人的发展一直受到大自然的启发。例如，服务机械臂和四足机器狗是我们生活中常见的案例。”在方宏斌看来，仿生学是推动机器人技术进步的重要力量。

仿生移动机器人的设计、建模和控制既是新的热点，也是新的挑战。当面对狭窄、受限制的环境时，如灾难废墟中幸存者的搜救、工业管道的检查和清理、人体胃肠道的检测和治疗、战场信息的隐蔽侦察等，传统的轮式和腿式机器人都无法胜任。做任何事。迫切需要进一步向动物学习并提出新的机器人结构设计。

方洪斌

如何向动物学习？方洪斌说：“无腿动物有能力在受限、狭窄的非结构化环境中很好地移动。例如，蚯蚓既具有在地面上移动的能力，也有在地下管道中移动的能力。”了解无腿动物的形态特征和运动机制，发展仿生无腿移动机器人是未来机器人发展的重要方向。

近年来，复旦大学智能机器人研究院仿生结构与机器人实验室在蠕虫式移动机器人研究领域取得了多项创新成果。方洪斌主导设计了“蠕动+游泳”、“蠕动+摆动”、“蠕动+滚动”等多种蠕虫式多模态移动机器人，可在管道、水域、和砾石。方洪斌还创新性地将“折叠”思想引入到机器人开发中，将传统的“三维设计-三维加工-总装”机器人准备流程转变为“二维折痕加工-折叠”，并设计了多种类似折纸的蠕虫式移动机器人，构成了未来机器人发展的重要方向。

方洪斌认为，仿生机器人和折纸机器人的研究机遇与挑战并存。未来机器人将表现出更多的刚柔耦合特性和可重构特性，机器人的性能也将在多模态运动、高性能、小型化、智能化等方面得到提升。继续朝着方向前进。