分辨率比光学显微镜高1000倍，电子显微镜在成像材料和详述其性质方面异常出色。美国能源部（DOE）阿贡国家实验室研究人员展示，先进软件开发和人工智能（AI）框架可进一步推升其性能。 除生成放大图像，电子显微镜技术还捕获材料性质信息，如磁化和静电势（使电荷对抗电场移动所需能量）。信息存储在电子波的相位属性中。相位描述波周期内一点位置或时序，如波达峰值点。 检索相位数据却是科学家数十年难题。磁化和电势等信息由电子波相位携带，在图像获取过程中丢失。 为让科学家获取此类数据，阿贡研究人员提议利用训练深度神经网络的工具，一种模仿人脑需训练算法的人工智能（AI）。 借助训练数据，阿贡团队演示恢复相位信息

机器，特别是泵、风扇、压缩机等旋转设备，据麦肯锡全球研究院2017年报告占GDP 85%。 单台设备故障后果从轻微不便（一条制造线停机）到泵故障导致洪水或缺水不等。 “泵行业具体来说，是个人问题，”丹麦泵制造商Grundfos高级可靠性与客户成功经理Chad Flowe说。“不仅关乎产品出厂。”Flowe有走遍工厂了解设施最重要设备经验。 哪些机器需持续监测，哪些需抽查？ 答案复杂，Flowe说，但涉及“关键性”概念。 在TechBriefs.com直播演讲“高效功率管理：最小化停机时间最大化效率”中，与会者向Grundfos经理提问： “如何确定哪些设备需持续监测？” 阅读Flowe机械健康

伯克利实验室团队开发简便、快速、廉价的锂电池性能测量方法。 新技术利用热波测量电池电极内部锂浓度随深度分布。 相关文章 电解质设计提升锂离子电池负极容量 新电极设计或通往更强大电池 放置在电池顶部的传感器发送信号。信号频率决定热波穿透深度。 “原位”技术在反应发生时工作。热波感测提供与X射线衍射等辐射基检测方法相同空间分辨率的锂浓度信息，但无需使用如先进光源等大型同步辐射设施。 团队现在实验室规模测试程序，下一步测试商用电池。 “这项工作展示跨学科科学优势，”伯克利实验室研究科学家Sean Lubner博士说。“项目结合热学和电化学社区技术与洞见，实现原本不可能的能力。” 更多信息请联系 se

叶片水分调节对植物健康至关重要，影响生长产量、抗病性和抗旱性。 新技术利用纳米传感器和光纤测量叶片表面内侧水分状态，那是植物水分最活跃管理区域。 这提供微创研究工具，推进植物基础生物学理解。可育种更抗旱作物。 技术最终可改良为农艺工具，实时测量作物水分状态。 技术涉及注入由软性合成水凝胶形成的纳米颗粒——称为AquaDust，测量叶片水势。水凝胶占据叶肉细胞间隙，随叶片水分可用性膨胀收缩。 AquaDust含染料，其相互作用使荧光波长随染料分子接近程度变化。利用光纤，研究人员照光获取光谱，提供叶片内部水势测量。 相关链接： 光学生物传感器检测毒素 新光子效应可加速药物开发 研究中，研究人

加州理工、苏黎世联邦理工和哈佛工程师正开发人工智能（AI），让自主无人机利用洋流辅助导航，而非对抗洋流。 “当我们要让机器人探索深海，尤其是成群时，从水面2万英尺外用操纵杆控制几乎不可能。我们也无法提供它们导航所需的局部洋流数据，因为水面无法探测。因此，在某个节点，海洋无人机必须能自主决定如何移动，”John O. Dabiri教授说。 AI性能经计算机仿真测试，但团队也开发运行算法的掌心大小机器人，其微型计算机芯片可为地球和其他行星海洋无人机供电。目标创建自主系统监测地球海洋状况，例如结合他们先前开发的帮助水母更快按命令游动的假肢使用算法。运行算法的全机械机器人甚至可探索其他世界海洋，如土

NASA阿姆斯特朗飞行研究中心加州爱德华兹www.nasa.gov/centers/armstrong 联合发射联盟科罗拉多州森蒂尼尔www.ulalaunch.com 始于收集研究飞机气动数据的研究工具，现解决机构内外技术挑战。NASA光纤传感系统（FOSS）技术将先进应变传感器与创新算法结合成稳健包装，能准确、具成本效益地实时监测多种关键参数。广泛用于NASA各研究项目：从研究下一代柔性机翼、测量液体燃料液位，到监测航天器应变。 FOSS使用长达40英尺、发丝般的光纤，每根提供多达2000个数据点。最先进系统每1/4英寸处理信息，速率高达每秒100次，测量应变、形变、温度、液位和操作载荷。

一种称为MC-TENG的新设备——全称多层圆柱摩擦纳米发电机——通过收集其悬挂树枝的零星运动产生电能。自供电传感系统部署后无需维护，可持续监测火灾和环境状况。 传统森林火灾检测方法包括卫星监测、地面巡逻、瞭望塔等，劳动力和财力成本高但效率低。当前远程传感技术越来越普及，但主要依赖电池供电。 虽然太阳能电池广泛用于便携电子或自供电系统，但森林中茂密树叶遮挡使安装困难。 TENG技术通过摩擦起电效应将外部机械能（如树枝运动）转化为电能：某些材料与先前接触的第二材料分离后带电。 最简版TENG装置由两个相互套筒的独特材料圆柱套筒组成。核心套筒上部锚定，底部套筒自由上下滑动和左右移动，仅受弹性连接带或

研究人员开发推进系统，可铺平高超音速飞行道路，如纽约至洛杉矶30分钟内到达。他们通过为喷气发动机创建特殊高超音速反应室，开发出稳定高超音速推进所需爆轰的方法。 开发用于高超音速和超音速飞行的稳健推进系统势头正劲，这将允许在极高速度下穿越大气层，并实现高效进出行星大气层。稳定爆轰——最强烈的剧烈反应和能量释放形式——有潜力推进高超音速推进和能源系统。 系统可实现马赫6至17速度空中旅行，即每小时4600至13000英里以上。技术利用倾斜斜坡在反应室内形成斜向爆轰波，产生诱导爆轰的冲击波用于推进。不同于旋转爆轰波旋转，斜向爆轰波静止且稳定。 技术提高喷气推进发动机效率，以更少燃料产生更大动力，减轻

研究人员开发隐形眼镜技术辅助诊断监测疾病。团队使商用软性隐形眼镜成为生物仪器工具，无创监测与潜在眼部健康状况相关的临床重要信息。该技术可实现多种眼部疾病（包括青光眼）的无痛诊断或早期检测。 传感器或其他电子学以前无法用于商用软性隐形眼镜，因制造技术要求刚性平面，与隐形眼镜柔性弯曲形状不兼容。 新技术通过湿粘合无缝集成超薄可拉伸生物传感器与商用软性隐形眼镜。嵌入软性隐形眼镜的生物传感器从人眼角膜表面记录视网膜电生理活动，无需当前临床环境为疼痛管理和安全所需的表面麻醉。 该技术将让医生和科学家以显著提高的准确性、可靠性和用户舒适度，更好理解自发视网膜活动。

一种名为OmniFibers的新型纤维可制成服装，感知拉伸或压缩程度并即时提供压力、侧向拉伸或振动触觉反馈。此类织物可用于帮助歌手或运动员更好控制呼吸的服装，或帮助术后或疾病康复患者恢复呼吸模式。 多层纤维中心含流体通道，可由流体系统激活。该系统通过向通道加压释放工作流体（如压缩空气或水）控制纤维几何形状，使纤维充当人造肌肉。纤维还含可检测测量拉伸程度的可拉伸传感器。由此产生的复合纤维薄而柔，可用标准商业机器缝制、编织或针织。 这种类似纱线的软纤维复合材料有五层：最内流体通道、含工作流体的硅基弹性管、检测应变电阻变化的软拉伸传感器、控制纤维外部尺寸的编织聚合物拉伸外层网、提供整体延展性机械约束

新工具可基于患者言语能力异常和面部肌肉运动异常诊断中风，准确度媲美急诊室医生——仅需几分钟通过智能手机交互完成。机器学习模型辅助并可能加速临床环境下医生诊断过程。 目前医生依赖过往培训经验判断患者何时应送CT扫描。新工具通过计算面部运动分析和自然语言处理，分析实际疑似中风急诊患者中风存在情况，识别面部或声音异常，如面颊下垂、言语不清。 结果可帮助急诊医生更快确定患者关键后续步骤。最终应用可供护理人员或患者在到院前自我评估。 为训练计算机模型，研究人员从80余名医院中风症状患者建立数据集。每位患者接受语言测试分析言语和认知沟通，同时用Apple iPhone录制。 在医院数据集测试模型，性能达

研究人员开发一种COVID-19检测方法，利用智能手机显微镜分析唾液样本，约10分钟出结果。该方法兼具现有鼻拭子抗原检测速度和鼻拭子PCR（聚合酶链反应）检测高准确性。他们改造原为检测诺如病毒（游轮传播微生物）开发的廉价智能手机显微镜法，计划结合先前开发的盐水漱口拭子测试。 诺如病毒或其他病原体传统检测方法往往昂贵、涉及大量实验室设备或需科学专业知识。基于智能手机的诺如病毒检测由智能手机、简单显微镜和一片微流控纸（蜡涂层纸引导液体样本流经特定通道）组成。比其他检测更小更便宜，组件成本约45美元。 技术基础相对简单。用户将带荧光微珠的抗体加入疑似污染水样。若样本中有足够病原体颗粒，多个抗体附着每

立方星已成为太空探索主力。其小尺寸、相对低成本使其成近年商业发射热门选择，但推动此类卫星在太空推进的过程存在诸多问题。 技术开发解决关键问题之一：启动立方星推进系统的点火系统不确定性。现有点火系统不可靠，在卫星寿命期内可能遭受重大不可逆损坏。 新型低能触发技术使用纳秒级脉冲，使点火和推进系统能极长时间可靠运行。点火系统成功测试超150万次脉冲；测试后保持运行且几乎完好。 立方星普及很大程度得益于电子元件和传感器微型化巨大进步，使立方星能执行新型太空任务和测量。这项新技术将为必要机动和保持任务提供稳健推进系统。

外骨骼多由弹簧或电机驱动，若关节未与使用者对齐会导致疼痛或受伤。为降低风险，开发新测量方法测试外骨骼与穿戴者是否平滑协调移动。 该方法是光学追踪系统（OTS），类似电影制作中让电脑生成角色栩栩如生的动作捕捉技术。OTS使用发光并捕捉球形标记反射光的特殊摄像机。计算机计算标记物体在三维空间位置。该方法用于追踪外骨骼运动及固定在用户身上的测试件（“工件”）。 最终目标：将工件戴在人身上，穿上外骨骼，比较佩戴工件的人与外骨骼的差异，看两者是否协同移动。若移动不同或贴合不当，可调整。 研究人员旨在捕捉膝关节——人体相对简单的关节——运动。为评估新方法测量不确定度，他们构建两条人造腿作为测试台。一条配

大多数病毒检测试剂盒依赖费时费力的实验室制备和分析技术；例如新冠病毒检测从鼻拭子检出病毒可能需数天。研究人员演示一种廉价且灵敏的基于智能手机的检测设备，可检测病毒和细菌病原体，约30分钟完成，成本约50美元。 目前有几个准备步骤在设备外进行，团队正研发集成所有试剂的卡盒使其成为全集成系统。其他研究人员利用新冠病毒基因组创建移动COVID-19检测，制造易生产卡盒改进检测工作。 研究始于目标检测马病毒和细菌病原体面板，包括引起类似COVID-19严重呼吸道疾病的病原体。研究用马病原体对人类无害。 新检测设备PathTracker由含检测试剂的小卡盒和插入鼻提取物或血液样本的接口组成。整个装置夹

随着传感器和增强通信工具的加入，提供轻便便携电力变得更具挑战。研究人员现演示一种将热能转化为电力的新方法，可为未来战场士兵提供紧凑高效电源。 热物体以光子形式向周围辐射光。发射光子可被光伏电池捕获并转化为有用电能。这种能量转换方法称为远场热光伏（FF-TPV），开发多年；但功率密度低，因此要求发射器高工作温度。 新方法将发射器与光伏电池间距缩减至纳米级，使相同发射器温度下功率输出远超FF-TPV。它能捕获原本被困在发射器近场的能量——称为近场热光伏（NF-TPV）——并使用为近场工作条件定制的光伏电池和发射器设计。 该技术展示的功率密度比最佳报告近场TPV系统高近一个数量级，效率高六倍，为未来

一种可调谐不同波长红外发光二极管（LED）的智能设备，可让冰箱判断食物是否变质。该设备能识别多种气体，包括潜在致命气体，提升消防员、矿工、军人、水管工安全。 红外（IR）光谱仪是常见实验室设备，通过分析人眼不可见的红外特征识别不同材料。正如AM收音机可调谐不同射频，红外光谱仪可调谐不同波长，对气体样本进行宽谱分析。但这些机器笨重昂贵，通常不便带出实验室进现场。 新技术将薄层黑磷晶体粘合到柔性塑料基底上，允许弯曲导致黑磷发出不同波长光——本质上创造了可调谐红外LED，实现多材料检测。该技术可置入智能手机，成为日常用品。 例如，肉类中细菌繁殖释放多种气体。这些气体存在表明肉类变质、不再适合食用。置

研究人员设计并测试了一种高灵敏度方法，用于检测和计数晶体管缺陷——这对开发下一代器件新材料的半导体行业属迫切需求。这些缺陷限制晶体管和电路性能，影响产品可靠性。 典型晶体管在大多数用途中基本是开关。导通时电流从半导体一侧流向另一侧；关断停止电流。这两种动作分别产生数字信息的二进制1和0。 晶体管性能关键取决于指定电流流动的可靠性。晶体管材料缺陷，如不需要的“杂质”区域或断裂化学键，会中断和破坏电流稳定性。这些缺陷可能即时显现，或在器件运行过程中随时间显现。 多年来，科学家找到多种分类和最小化这些影响的方法。但随着晶体管尺寸变得极小、开关速度极高，缺陷更难识别。对于一些有前景的开发中半导体材料—

一种新型COVID-19检测策略可简化病例识别、变异追踪和合并感染病毒检测流程。目前这三项诊断程序各需单独检测和复杂工作流，通常在高度专业化设施进行。研究人员现将三类检测整合为单一流程，可实现COVID-19及SARS-CoV-2新兴变异株的即时追踪。 检测使用便携、公文包大小的微型实验室，避免了标准COVID-19筛查和监测中缓慢昂贵的技术。利用重组酶聚合酶扩增（RPA）基因方法和便携测序仪，快速检测病毒序列并同时提供多达96份患者样本的读数。 检测设计解码SARS-CoV-2基因组五个片段，每片段选定用于指导变异追踪。研究人员还加入三种常见呼吸道病毒检测，这些病毒引起类似COVID-19症

研究人员创造了一种电子微系统，能在无任何外部能量输入下智能响应信息输入，宛如自主生物体。该微系统由新型电子学构建，能处理超低电子信号，并包含一种能从环境中发电的新器件。两大关键组件均由蛋白纳米线制成——一种可再生微生物生产、不产生电子垃圾的“绿色”电子材料。 项目代表团队近期研究的持续演进。此前他们发现：基于蛋白纳米线的空气发电机（Air-Gen）可从环境/湿度发电，几乎在地球所有环境持续产电。还发现蛋白纳米线可构建忆阻器，模拟大脑计算，处理与生物信号振幅匹配的超低电信号。 新微系统结合Air-Gen电力驱动基于蛋白纳米线忆阻器构建的传感器和电路。电子微系统从环境获取能量支持传感和计算，无需外