2017年美国阿贡国家实验室的九大科研动向

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本文转载自国防科技要闻（ID：CDSTIC）

来源：美国阿贡国家实验室网站

作者：中国国防科技信息中心  张珂

美国能源部的阿贡国家实验室是美国最大的科学与工程研究实验室之一，它在很多领域都有开展突破性的研究工作。近日，该实验室对其2017年的研究项目及合作活动进行了回顾。

▲美国阿贡国家实验室鸟瞰图

一、发明一种革命性漏油清理海绵

▲科研人员试验“油海绵”

阿贡国家实验室的一个研究团队发现，利用一种金属氧化物“胶水”来涂底，可以在常用的聚氨酯泡棉上吸附亲油分子。这种可重复使用的新材料称为“油海绵”，可吸收整个水槽而非表面的油污。这种海绵可用于清理港口泄漏及沉积的石油/柴油。

二、主办网络防御赛

▲受邀观摩比赛的高中生

鉴于网络攻击对美国基础设施构成的威胁有增无减，阿贡实验室已将提高学生在网络安全的兴趣及知识水平作为优先事项。2017年，许多高中生、在职人员以及来自15所高校的大学生参加了阿贡实验室的年度网络防御赛。比赛中，各个网络防御团队对电网和水网进行了防御。

三、研究一种有助于研制智能计算机的大脑模拟材料

▲新材料有用于先进生物启发计算的潜力

阿贡实验室的科学家们结合超级计算机模拟和X射线表征，研究了一种非生物物质，这种物质能够像人脑一样，为了将注意力集中在新信息上而“忘记”旧信息。科学家们观察到，随着时间的推移，在受到反复刺激后,材料原子结构的反应会减弱。科学家随后使用计算机模拟对这种行为进行了建模，启发了新的算法来提高神经网络学习的效率。

四、协助启动知识中心来探索量子信息的潜力

▲处于启动状态的量子点示意图

阿贡实验室与芝加哥大学、能源部费米国家加速器实验室合作开展量子信息领域的探索，并开发新的应用来改进通信、计算和传感技术。芝加哥量子交流中心还将联合其他学术、工业和政府机构的支持，推动量子信息科学与工程的发展。

五、 绘制老鼠大脑的每一个细胞

▲阿贡实验室科学家正使用超级计算机绘制复杂的脑功能

阿贡实验室的研究人员正结合神经科学和计算科学，详细研究复杂的大脑功能。利用“先进光子源”（APS）的电子显微镜和X射线，科学家们研究了成年老鼠大脑中每一个神经元的位置和相互关系。该团队正使用阿贡实验室的新型超级计算机Theta，构建必要的基础设施来存储和处理来自老鼠大脑1 EB（10亿GB）的数据。这项研究可能有助于我们对大脑的复杂性产生新的认识，并解决未来研究中的大数据问题。

六、开始神经网络编码工作使癌症治疗更加个人化

▲阿贡实验室正推动发展一种深度神经网络编码CANDLE

为了解癌症的本质并使癌症治疗个人化，科学家们将医学研究和高性能计算相结合，对与癌症的药物反应及个人症状相关的所有已知数据进行分析。神经网络代码将使用一种强大的机器学习技术（深度学习），将根据患者的遗传特征、环境和经历来估算最有效的治疗方案。

七、利用两台超级计算机模拟宇宙大爆炸

▲模拟太空图像

科学家们创造了一个虚拟宇宙实验室，利用两台超级计算机来模拟早期宇宙。其中一台计算机对数万亿颗粒子在空间和时间中的运动进行模拟，另一台计算机则对模拟数据进行分析。

八、研究影响电动车效率和便利性的挑战

▲阿贡实验室研究人员希望找到影响电动车快速充电的因素

阿贡实验室的研究人员参与了一个研究项目，对影响电动车电池发展速度的经济、物流及化学问题进行了梳理。科学家们测试了电池充放电情况，并评估了便于即插即用的基础设施，希望可以增加电动车的应用潜力。

九、实现百亿亿次级计算

▲利用阿贡实验室超算资源模拟的内燃机涡流

作为美国能源部“百亿亿次级（Exascale）计算”项目的合作人，阿贡实验室的科学家正在协助解决百亿亿次级计算机开发的一些问题。这种高性能计算系统每秒可以进行一百亿亿次运算，可用于建模大型系统来解决一些复杂的问题。