2021年度中国科学十大进展（下）

科学进展

FAST捕获世界最大快速射电暴样本

FRB121102是人类所知的第一个重复快速射电暴，中国科学院国家天文台李菂等使用“中国天眼”FAST成功捕捉到FRB121102的极端活动期，最剧烈时段达到每小时122次爆发，累计获取了1652个高信噪比的爆发信号，构成目前最大的FRB爆发事件集合。FAST样本排除了FRB121102爆发在一毫秒至一小时之间的周期性或准周期性，严格限制了重复快速射电暴由单一致密天体起源的可能性。

入选理由

快速射电暴（FRB）是无线电波段宇宙最明亮的爆发现象。该研究首次展现了FRB的完整能谱，深入揭示了FRB的基础物理机制。

素材解读

科技发展是实现强国的根基。假设有一口和FAST一样大小的“锅”，把它都装上米饭，那么全世界每个人大概可以分两碗。我国为什么要建这么大的望远镜？因为仰望星空，是几代天文人的梦想。FAST作为全球最大且最灵敏的射电望远镜，助力我国射电天文学科从追赶到领先。就像FAST捕获世界最大快速射电暴样本，这项成果对于整个快速射电暴研究领域来说，相当于“盲人摸象摸到了一条腿”。射电天文学科发展迅速，国际竞争激烈，FAST要坚持不断地进行科技创新，积小胜为大胜，才能保持这种领先的地位。

实现高性能纤维锂离子电池规模化制备

如何通过设计新结构（如创建纤维锂离子电池）满足电子产品高度集成化和柔性化发展要求，是锂离子电池领域面临的重大挑战。复旦大学彭慧胜、陈培宁等发现纤维锂离子电池内阻与长度之间独特的双曲余切函数关系，即内阻随长度增加并不增大，反而先下降后趋于稳定。

入选理由

在此理论指导下构建的纤维锂离子电池具有优异且稳定的电化学性能，能量密度较过去提升了近2个数量级，弯折10万次后容量保持率超过80%;建立的世界上首条纤维锂离子电池生产线，实现了其规模化连续制备;编织集成得到的纤维锂离子电池系统，电化学性能与商业锂离子电池相当，而稳定性和安全性更加优异。

素材解读

如果能将电池制备成柔性可弯曲的“纤维”，再把“电池纤维”编织成柔软透气的衣物穿在身上，我们就可以随时随地为手机等各种电子设备充电，告别“电量焦虑”。若这种“电池织物”具有高柔性、透气性，并表现出较高能量密度和高安全性，则有望进一步推动可穿戴电子产品的发展。“可穿戴纤维锂离子电池的很多功能已经实现，但对于真正的推广普及来说，依然任重道远。”彭慧胜说。

对于未知事物，人类总是抱着极大的好奇心，正是这种好奇心，促使人类有了破解难题的信念和决心，有了勇攀科学高峰的志向。从新现象到新规律，到连续构建关键技术的突破，到几乎所有核心设备的自主研发，再到工程化连续制备路线的不断提高……彭慧胜、陈培宁团隊从未止步。

可编程二维62比特超导处理器“祖冲之号”的量子行走

量子行走是经典随机行走的量子力学模拟，是实现量子模拟、量子搜索算法乃至通用量子计算的工具。中国科学技术大学朱晓波、潘建伟等通过研发兼容平面工艺的三维引线技术，实现了量子比特结构从一维向二维的拓展，设计并制作了一个由62个比特组成的8×8的二维结构超导量子比特阵列，构建了“祖冲之号”量子计算原型机，并通过该装置演示高保真的单粒子和双粒子连续时间量子行走。

入选理由

该工作是世界范围内公开发表的首个比特数超过60的超导量子计算领域的成果，为研制“祖冲之二号”、实现“量子计算优越性”奠定了基础。

素材解读

科技探索需要不忘初心，砥砺前行。怀着对量子世界的探索和对我国量子科技发展的追求，我国科学家不断突破创新，努力探索更加灵活高效、资源整合的协同创新之路，使我国量子科技发展始终走在世界前列。量子计算机与经典计算机的显著差异在于，传统的计算机存储数据的方式是0或者1，这就好比一个开关，只有“开”和“关”两种状态;而量子计算机存储数据方式可以是介于0和1之间的任何状态，令其速度更快。未来，量子计算机有望通过特定算法，提供高于传统计算机指数级别的加速能力，并有望用于天气预报、材料设计、密码破译、大数据优化、药物分析等领域。

自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟

深海机器人与装备需要高强度金属耐压外壳或压力补偿系统来保护内部机电系统。浙江大学李铁风等从深海狮子鱼“头部骨骼分散融合在软组织中”这一生理特性汲取仿生灵感，揭示了深海极端压力条件下，软机器人功能器件破坏及驱动失效的内在机制;提出了硬质器件分散融入软基体实现内应力调控的方法，以及适应深海低温、高压环境的电驱动人工肌肉融合制造方法;建立了万米深海软机器人的系统构造方法和驱动理论。所研制的自供电软机器人成功挑战马里亚纳海沟，实现了10900米海底深潜和驱动，在南海海平面以下3224米实现深海航行。

入选理由

该研究大幅度降低了深海机器人的重量及经济成本，推动了软体机器人在深海工程领域的应用。

素材解读

展望未来，人们可以预测海洋生物学研究的发展方向，即软体机器人在珊瑚礁或水下洞穴中安全航行，在不损坏珊瑚礁或洞穴的情况下采集精致的标本;成群的软体机器人能够在海床上爬行，将自己固定在特定的结构上或在特定的区域游走探索。这将有助于其他应用技术的发展，进一步为推动海洋监测、清理和防治海洋污染、保护海洋生物多样性等提供更多创新方案。对于软体机器人的未来，李铁风说：“新兴技术并不是一蹴而就的，我们应该保持一定的耐心，坚持基础科学的钻研与探索，不急功近利，逐渐积累，同时也利用好创新创业带来的方法和资源，让科研成果更好地回馈社会。”

揭示鸟类迁徙路线成因和长距离迁徙关键基因

中国科学院动物所詹祥江等历时12年，利用卫星追踪数据和基因组信息，建立了一套北极游隼迁徙研究系统，发现游隼主要使用5条路线穿越亚欧大陆，西部游隼表现为短距离迁徙，东部为长距离迁徙。在末次冰盛期到全新世的转换过程中，冰川消退所导致的繁殖和越冬地变迁，可能是迁徙路线形成的主要历史原因。研究还发现，迁徙距离更长的游隼携带ADCY8优势等位基因，该基因与长时记忆形成有关，表明长时记忆可能是鸟类长距离迁徙的重要基础。

入选理由

“迁徙生物如何发现其迁徙路线”一直是社会和学术界广泛关注的议题，也是《科学》杂志提出的125个最具挑战性的科学问题之一。该研究结合遥感卫星追踪、基因组学、神经生物学等研究手段，通过多学科整合分析方法阐明了鸟类迁徙路线变迁成因和遗传基础。

素材解读

以往的鸟类迁徙研究都是人们通过观察来记录鸟类迁徙的时节和方向，一路上人类的观察和记录逐渐形成了鸟类迁徙的路线和规律，但仍然有一些鸟种的迁徙依然是谜。

随着科学技术的发展，人类了解鸟类的迁徙和自然史变得更加便捷和准确，许多更有意思的鸟类迁徙之谜和自然史被人们逐渐发现和了解。中国科学家的这次研究发现，更是展现了学科交叉型的创新性研究在迁徙鸟类保护中的重要作用。我们也相信，这对于人类认识自然、与自然和谐相处有很重要的意义。