2月17日外媒科學網站摘要：下代太陽能電池將可以完全回收
2月17日（星期一）消息，國外知名科學網站的主要內容如下：
《自然》網站（www.nature.com）
科學家利用AI從頭設計類天然酶
美國華盛頓大學研究人員利用人工智能（AI）設計出全新的酶，這些酶能夠進行多步驟反應，這是天然酶的關鍵特徵。他們設計的結構加速了一種四步化學反應，這種反應對許多生物和工業過程（包括塑料回收）至關重要。
此前，利用AI從頭設計酶的努力取得了有限的成功，通常生成的酶在反應的第一步後就會停滯。在最近發表於《科學》（Science）的最新研究中，研究人員通過結合多種機器學習方法克服了這一挑戰。新設計的酶在加速反應方面的效率比之前設計的類似酶高出6萬倍。
研究人員希望設計出能夠進行一種稱爲絲氨酸水解的四步化學反應的酶，這種反應涉及分子間酯鍵的斷裂。絲氨酸水解酶是執行這種反應的天然酶，參與消化、脂肪代謝和血液凝固等多種生物過程。
他們首先使用了一種名爲RFdiffusion的AI工具，這是他們之前開發的從頭生成新酶結構的程序。然後，他們創建了一個名爲PLACER的深度神經網絡，通過模擬酶中原子及其在反應每一步中結合的分子的位置來優化結構設計。研究人員表示，這種AI就像一個“過濾器”，檢查酶的活性位點（與分子相互作用的部分）是否兼容並正確排列以執行反應的每一步。
研究人員強調，他們的工作只是一個原理驗證，儘管新設計的酶很有前景，但效率尚未達到天然絲氨酸水解酶的水平。他們希望通過進一步優化酶的結構來提高其速度和效率，使這項技術更接近實際應用。
《科學》網站（www.science.org）
AI助力動物面部表情識別，提升動物福利
人工智能（AI）正逐步被應用於解讀動物面部表情，以改善動物福利。在英國，布裡斯托爾大學和蘇格蘭農村學院（SRUC）的科學家聯手打造了“智能豬（Intellipig）”系統。該系統利用面部識別技術，識別豬的面部特徵，不僅爲它們提供定製食物，還能監測其疼痛、生病或情緒低落的跡象。這一創新旨在解決人類難以準確理解動物感受的難題，標誌着AI在動物護理領域的新紀元。
其他科學家也在探索AI識別動物情緒的能力，從羊、馬到貓，均有涉獵。他們開發的算法能迅速、準確地捕捉到疼痛和悲傷的跡象，超越了人類的能力。AI的潛力不僅限於識別基本情緒，未來甚至可能超越人類，解讀動物更復雜的情緒，如快樂、平靜、沮喪或恐懼。
然而，AI的應用也面臨挑戰。訓練AI需要大量數據，但互聯網上關於動物面部表情的照片並不充裕。此外，動物面部表情的多樣性，如不同犬種具有不同的面部特徵，也增加了AI訓練的難度。儘管如此，AI已經在動物福利領域展現出巨大潛力。有應用程序能掃描貓或馬的面部，評估其疼痛程度，爲寵物主人和動物護理者提供有價值的信息。
科學家們正致力於構建更全面的動物面部數據庫，涵蓋不同情緒狀態下的照片，以進一步提升AI的識別能力。未來，AI有望在實驗室、寵物收容所和智能農場中發揮更大作用，爲動物提供個性化護理。
《每日科學》網站（www.sciencedaily.com）
1、AI爲納米顆粒研究帶來革命性變化
AI技術正在納米顆粒研究領域發揮重要作用，極大地加速了研究進程。傳統上，納米顆粒研究人員需花費大量時間計數和測量納米顆粒，這是一項繁瑣且耗時的任務，但這項工作對於統計分析及後續優化納米顆粒合成至關重要。
過去，德國康斯坦茨大學的一個研究團隊依賴大型顆粒計數機進行測量，但效率有限，每天僅能測量數百個顆粒，而可靠的統計數據需要對每個樣品進行數千次測量。儘管計算機技術已使這一過程有所加速，但自動化方法仍易出錯，需要研究人員親自複覈。
該研究團隊基於Meta的開源AI技術“Segment Anything Model”開發了一個新程序。該程序能在顯微圖像中通過AI輔助自動計數和測量納米顆粒，包括複雜形狀的顆粒，如啞鈴狀或毛毛蟲狀的顆粒，這些顆粒由兩到三個重疊的球體組成。AI計數不僅高效，而且可靠，能更準確地識別單個顆粒並精確測量。
這一創新使得研究團隊能夠在過去完成一次顆粒分析的時間內完成八至十次顆粒分析，極大地提高了研究效率。研究團隊還將新的AI程序及相關代碼和研究數據以開放獲取的形式發佈，供其他研究人員使用和討論，進一步推動了納米顆粒研究的進步。
2、下一代太陽能電池將可以完全回收
下一代太陽能電池技術正朝着完全可回收的方向發展，這一突破由瑞典林雪平大學的研究人員實現。他們開發了一種方法，可以在不使用對環境有害溶劑的情況下，反覆回收太陽能電池的所有部件，且回收後的電池效率與原始電池相同。這項研究最近發表在《自然》（Nature）雜誌。
隨着電動汽車的普及和人工智能的發展，電力需求預計將大幅增長，而可持續能源的使用成爲關鍵。然而，第一代硅太陽能電池板已接近生命週期尾聲，處理其廢棄物成爲一大挑戰，容易形成無法處理的電子垃圾。鈣鈦礦太陽能電池作爲新一代技術，具有巨大潛力。然而，其使用壽命相對較短，且含有少量鉛，對回收提出了更高要求。
目前分解鈣鈦礦太陽能電池的方法主要使用二甲基甲酰胺，這種物質有毒且對環境有害。林雪平大學的研究人員創新地用水作爲溶劑來分解降解鈣鈦礦，併成功從水溶液中回收高質量的鈣鈦礦及其所有部件，包括玻璃、電極、鈣鈦礦層以及電荷傳輸層。這一技術不僅環保，而且回收的電池效率無損。
研究人員的下一步是開發適用於工業規模的方法，以實現鈣鈦礦太陽能電池的廣泛回收和再利用。這一突破爲新一代太陽能電池技術的推廣和應用奠定了堅實基礎。
《每日科學》網站（www.sciencedaily.com）
1、肥胖治療新突破：科學家發現大腦“停止進食”開關
美國哥倫比亞大學的研究人員近日在肥胖治療領域取得了重大突破，他們發現了一種位於腦幹中的特殊神經元，這些神經元可以向動物發出停止進食的信號。這一發現爲肥胖症的新療法提供了重要線索。
研究人員採用先進的單細胞技術，對老鼠腦幹中處理複雜信號的區域進行了分析。他們發現了一種以前未被識別的神經元，這些神經元與其它參與調節食慾的神經元具有相似的特徵。爲了瞭解神經元是如何影響飲食的，研究人員對神經元進行了改造，使它們能夠被研究人員用光線打開和關閉。研究人員發現，當這些神經元被光線激活時，老鼠的進食量會顯著減少，且激活的強度決定了動物停止進食的速度。
這些神經元不僅整合了關於食物攝入的各種信息，如放進嘴裡的食物、腸道的飽腹感以及從食物中獲得的營養等，還能被一種增加食慾的激素抑制，被一種用於治療肥胖和糖尿病的GLP-1激動劑激活。這些實驗發現表明，這些神經元在追蹤老鼠咬下的每一口食物方面發揮着關鍵作用。
研究人員認爲，這些特殊的神經元在腦幹中的位置表明，人類極有可能擁有相同的神經元。因此，這一發現可能爲肥胖症的新療法鋪平道路。通過理解和利用這些神經元的工作機制，研究人員有望開發出更有效的肥胖治療方法，幫助人們更好地控制食慾，減少不必要的進食，從而達到減輕體重和改善健康的目的。
2、量子力學如何驅動效率近乎完美的光合作用
光合作用是植物利用陽光轉化爲能量的過程，其能量傳遞系統效率極高，損失極小。科學家們一直試圖探索這一高效過程的奧秘，最近，德國慕尼黑工業大學的一個研究團隊揭示了量子力學效應在其中的關鍵作用。
研究團隊通過精確測量和模擬發現，當光被葉子吸收時，電子激發能量會分佈在每個被激發的葉綠素分子的多個狀態上，形成激發態的疊加。這種疊加狀態使得能量能夠在分子內部和分子之間幾乎無損耗地傳遞，從而實現太陽能的高效捕獲和傳輸。
量子力學效應在這一過程中發揮着至關重要的作用。研究人員發現，葉綠素吸收光的兩個特定的光譜區域：低能量的Q區（黃色至紅色的光譜區域）和高能量的B區（藍色至綠色的光譜區域）。Q區由量子力學耦合的兩種不同的電子態組成。這種耦合導致了分子中無損失的能量傳遞。然後系統通過“冷卻”放鬆，即以熱的形式釋放能量。該研究表明，量子力學效應可以對生物學相關過程產生決定性影響。
這一發現不僅增進了我們對光合作用機制的理解，也爲下一代可再生能源技術的發展提供了新的啓示。通過將量子力學效應應用於人工光合作用單元的設計中，科學家們有望開發出能夠以前所未有的效率利用太陽能進行發電或光化學反應的新技術。（劉春）