电子显微镜的分辨率是光学显微镜的 1000 倍，在成像材料和详细描述其特性方面非常出色。美国能源部 (DOE) 阿贡国家实验室的研究人员正在证明，先进的软件开发和人工智能 (AI) 框架可以进一步推动其性能。 除了创建放大图像外，电子显微镜技术还捕获有关材料特性的信息，例如磁化和静电势，这是使电荷逆着电场移动所需的能量。该信息存储在称为相位的电子波属性中。相位描述了一个波周期内某个点的位置或时间，例如波达到峰值的点。 然而，检索相位数据对于科学家来说是一个几十年前的问题。磁化和电势等信息由电子波的相位携带，在图像采集过程中丢失。 为了让科学家能够访问这些数据，Argonne 研究人员提

根据麦肯锡全球研究所 2017 年的一份报告，机器，特别是泵、风扇和压缩机等旋转设备，占 GDP 的 85%。 当一台设备出现故障时，后果可能从轻微的不便（例如一条生产线的停机时间）到导致洪水或缺水的泵故障。 “特别是在泵行业，这是一个人为问题，”丹麦泵制造商格兰富的高级可靠性和客户成功经理 Chad Flowe 说。 “这不仅仅是将产品推出市场。” Flowe 拥有走过工厂和了解工厂最重要设备的经验。 那么哪些机器需要持续监控，哪些机器需要抽查呢？ 答案很复杂，Flowe 说，但其中涉及到“批判性”的概念。 在 TechBriefs.com 上题为“有效电源管理：最大限度地减少停机

伯克利实验室的一个团队开发了一种简单、快速且廉价的方法来测量锂电池的性能。 新技术利用热波测量局部锂浓度随电池电极内部深度的变化。 相关文章 电解液设计提高了锂离子电池的阳极容量 新的电极设计可能会带来更强大的电池 传感器放置在电池顶部时会发送信号。信号频率决定了热波的穿透深度。 “操作”技术在反应发生时起作用。热波传感提供与 X 射线衍射等基于辐射的检测方法相同的锂浓度空间信息，但无需使用先进光源等大型同步加速器设备。 该团队现在正在实验室规模测试该程序，下一步将测试商用电池。 “这项工作显示了跨学科科学的力量，”伯克利实验室研究科学家肖恩·卢布纳博士说。 “该项目结合了热学和

叶片水分调节对植物的健康至关重要，影响植物的生长和产量、病害易感性和抗旱性。 一项新技术使用纳米级传感器和光纤来测量叶子表面内部的水分状况，植物中的水分在这里得到最积极的管理。 这为促进对基础植物生物学的理解提供了一种微创研究工具。这可能会导致培育出更多的抗旱作物。 该技术最终可以作为一种农艺工具，用于实时测量农作物的水分状况。 该技术涉及注射由称为 AquaDust 的柔软合成水凝胶形成的纳米颗粒，用于测量叶子的水势。水凝胶占据叶肉细胞间的间隙空间，根据叶片的水分利用率，具有吸水性、膨胀性和收缩性。 AquaDust 含有染料，其相互作用使其能够根据染料分子彼此之间的接近程度发出

加州理工学院、苏黎世联邦理工学院和哈佛大学的工程师正在开发人工智能 (AI)，这将使自主无人机能够利用洋流来辅助导航，而不是在洋流中挣扎。 “当我们希望机器人探索深海时，尤其是成群结队地探索深海时，几乎不可能在 20,000 英尺外用操纵杆控制它们。我们也无法向它们提供有关它们需要导航的当地洋流的数据，因为我们无法从表面探测到它们。相反，在某个时刻，我们需要海上无人机能够自行决定如何移动，”John O. Dabiri 教授说。 人工智能的性能是使用计算机模拟测试的，但该项目背后的团队还开发了一个手掌大小的小型机器人，该机器人在一个微型计算机芯片上运行算法，可以为地球和其他星球上的海上无人

美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心加利福尼亚州爱德华兹www.nasa.gov/centers/armstrong 联合发射联盟百年纪念，科罗拉多州www.ulalaunch.com 最初是从研究飞机收集空气动力学数据的研究工具，现在正在解决机构内外的技术挑战。 NASA 的光纤传感系统 (FOSS) 技术将先进的应变传感器和创新算法结合到一个强大的封装中，可以准确且经济高效地实时监控大量关键参数。它在整个 NASA 中被广泛用于支持各种研究项目，例如研究下一代柔性机翼和测量液体燃料水平，以及监测航天器的应变。 FOSS 使用长达 40 英尺的头发状光纤，每根光纤可提供多达 2,000 个数

一种称为 MC-TENG（多层圆柱形摩擦纳米发电机的缩写）的新设备通过从树枝的零星运动中收集能量来发电。自供电传感系统可连续监测火灾和环境状况，部署后无需维护。 传统的森林火灾探测方法包括卫星监测、地面巡逻、瞭望塔等，这些方法需要高昂的劳动力和财务成本以换取低效率。当前的远程传感器技术正变得越来越普遍，但主要依靠电池技术供电。 尽管太阳能电池已广泛用于便携式电子设备或自供电系统，但由于茂密的树叶遮蔽或覆盖，将其安装在森林中具有挑战性。 TENG 技术通过摩擦电效应将外部机械能（例如树枝的运动）转化为电能，这种现象是某些材料在与之前接触的第二种材料分离后带电的现象。 TENG 设备的最简

研究人员开发了一种推进系统，可以为高超音速飞行铺平道路，例如在不到 30 分钟的时间内从纽约飞往洛杉矶。他们开发了一种方法，通过为喷气发动机创建一个特殊的高超音速反应室来稳定高超音速推进所需的爆炸。 正在加紧努力开发用于高超音速和超音速飞行的强大推进系统，该系统将允许以非常高的速度穿越大气层，并允许有效地进入和离开行星大气层。稳定爆炸——强烈反应和能量释放的最强大形式——有可能推进高超音速推进和能源系统。 该系统可以允许以 6 至 17 马赫的速度进行空中旅行，即每小时超过 4,600 至 13,000 英里。该技术利用倾斜爆震波的力量，该爆震波是在反应室内使用倾斜的斜坡形成的，以产生用于

研究人员已经开发出隐形眼镜技术来帮助诊断和监测医疗状况。该团队使商业软性隐形眼镜成为一种生物仪器工具，用于不显眼地监测与潜在眼部健康状况相关的临床重要信息。该技术可实现包括青光眼在内的多种眼部疾病的无痛诊断或早期发现。 传感器或其他电子设备以前无法用于商业软性隐形眼镜，因为制造技术需要一个刚性的平面表面，这与隐形眼镜的柔软弯曲形状不兼容。 这项新技术通过湿粘合剂将超薄、可拉伸的生物传感器与商用软性隐形眼镜无缝集成。嵌入在软性隐形眼镜上的生物传感器可以记录人眼角膜表面的电生理视网膜活动，而无需当前临床环境中用于疼痛管理和安全的局部麻醉。 该技术将使医生和科学家能够更好地了解自发性视网膜活

一种称为 OmniFibers 的新型纤维可以制成衣服，它可以感知它被拉伸或压缩的程度，然后以压力、横向拉伸或振动的形式提供即时的触觉反馈。这种面料可用于服装，帮助训练歌手或运动员更好地控制呼吸，或帮助从疾病或手术中恢复的患者恢复呼吸模式。 多层纤维在中心包含一个流体通道，可以由流体系统激活。该系统通过向通道中加压和释放流体介质（例如压缩空气或水）来控制纤维的几何形状，从而使纤维充当人造肌肉。纤维还包含可拉伸传感器，可以检测和测量纤维的拉伸程度。得到的复合纤维足够薄且柔韧，可以使用标准商用机器进行缝制、编织或针织。 类似于一根纱线的柔软纤维复合材料有五层：最里面的流体通道、用于容纳工作流体

一种新工具可以根据患者的语言能力和面部肌肉运动异常诊断中风，其准确性与急诊室医生一样——只需与智能手机互动几分钟即可完成。机器学习模型有助于并可能加快医生在临床环境中的诊断过程。 目前，医生必须利用他们过去的培训和经验来确定应该在什么阶段将患者送去进行 CT 扫描。新工具通过使用计算面部运动分析和自然语言处理来识别患者面部或声音中的异常，例如下垂的脸颊或含糊不清的言语，从而分析疑似中风的实际急诊室患者中是否存在中风。 结果可以帮助急诊室医生更快地确定患者的关键下一步。最终，护理人员或患者可以使用该应用程序在到达医院之前进行自我评估。 为了训练计算机模型，研究人员建立了一个数据集，该数据

研究人员开发了一种 COVID-19 测试方法，该方法使用智能手机显微镜分析唾液样本并在大约 10 分钟内提供结果。该方法将现有鼻拭子抗原检测的速度与鼻拭子 PCR（聚合酶链式反应）检测的高精度相结合。他们正在采用一种廉价的方法，该方法最初是使用智能手机显微镜检测诺如病毒（一种以在游轮上传播而闻名的微生物）。他们计划将该方法与之前开发的盐水漱口测试结合使用。 检测诺如病毒或其他病原体的传统方法通常很昂贵，涉及大量实验室设备，或者需要科学专业知识。基于智能手机的诺如病毒测试包括智能手机、简单的显微镜和一张微流体纸——一种引导液体样本流过特定通道的涂蜡纸。它比其他测试更小更便宜，组件成本约为 4

CubeSats 已成为太空探索的重要参与者。它们体积小、成本相对较低，使其成为近年来商业发射的热门选择，但在太空推进此类卫星的过程中存在许多问题。 开发技术是为了解决其中一个关键问题：启动 CubeSat 推进系统的点火系统的不确定性。目前的点火系统不可靠，在卫星的使用寿命期间可能会遭受重大且不可逆的损坏。 新的低能量触发技术使用纳秒长的脉冲，使点火和推进系统能够在很长一段时间内可靠地运行。点火系统成功测试超过 150 万次脉冲；它在测试后仍然可以运行并且几乎完好无损。 CubeSat 的整体普及很大程度上是由电子元件和传感器小型化的巨大进步推动的，这些进步允许使用 CubeSat 进

外骨骼，其中许多由弹簧或电机驱动，如果它们的关节与用户的关节不对齐，可能会导致疼痛或受伤。为了降低这些风险，我们开发了一种新的测量方法来测试外骨骼和佩戴它的人是否运动顺畅和协调。 该方法是一种光学跟踪系统 (OTS)，与电影制作人用来使计算机生成的角色栩栩如生的动作捕捉技术不同。 OTS 使用特殊的摄像头来发射光线并捕捉由布置在感兴趣对象上的球形标记反射回来的内容。计算机计算标记对象在 3D 空间中的位置。该方法用于跟踪固定在用户身上的外骨骼和测试件（称为“人工制品”）的运动。 最终的目标是将这些神器放在一个人身上，戴上外骨骼，比较佩戴神器和外骨骼的人的差异，看看它们是否相互协调。如果它

大多数病毒检测试剂盒依赖于劳动和时间密集的实验室准备和分析技术；例如，对新型冠状病毒的检测可能需要数天时间才能从鼻拭子中检测出病毒。研究人员展示了一种廉价但灵敏的基于智能手机的病毒和细菌病原体检测设备，大约需要 30 分钟才能完成，成本约为 50 美元。 目前在设备之外执行了一些准备步骤，该团队正在开发一种墨盒，该墨盒具有完全集成系统所需的所有试剂。其他研究人员正在使用新型冠状病毒基因组创建针对 COVID-19 的移动测试，并制造一种易于制造的墨盒，以改进测试工作。 该研究的目标是检测马身上的一组病毒和细菌病原体，包括那些导致类似于 COVID-19 中出现的严重呼吸道疾病的病原体。研究

随着传感器和增强型通信工具的加入，提供轻便的便携式电源变得更具挑战性。研究人员现在展示了一种将热能转化为电能的新方法，可以为未来战场上的士兵提供紧凑而高效的电力。 热物体以光子的形式向周围环境辐射光。发射的光子可以被光伏电池捕获并转化为有用的电能。这种能量转换方法被称为远场热光伏（FF-TPV），并且已经开发了很多年。但是，它的功率密度较低，因此需要较高的发射器工作温度。 在新方法中，发射器和光伏电池之间的分离减少到纳米级，在相同的发射器温度下，与 FF-TPV 相比，可实现更大的功率输出。它能够捕获否则会被困在发射器近场的能量——称为近场热光伏 (NF-TPV)——并使用定制的光伏电池和

带有可调谐到不同波长光的红外发光二极管 (LED) 的智能设备可以让冰箱判断食物何时变质。该设备可以识别一系列气体，可能包括致命气体，从而提高消防员、矿工、军队和管道工的安全性。 红外 (IR) 光谱仪是常见的实验室设备，可以通过分析人眼不可见的红外特征来识别不同的材料。就像 AM 收音机可以调谐到不同频率的无线电波一样，IR 光谱仪可以调谐到不同的波长，从而对气体样本进行广谱分析。然而，这些机器体积庞大且价格昂贵，通常不适合带出实验室进入现场。 这项新技术将一层薄薄的黑磷晶体粘合到一个柔性的塑料状基板上，使其能够以某种方式弯曲，从而使黑磷发出不同波长的光——本质上是一种可调谐的红外 LE

研究人员设计并测试了一种检测和计数晶体管缺陷的高灵敏度方法——这是半导体行业在为下一代设备开发新材料时迫切关注的问题。这些缺陷限制了晶体管和电路的性能，并可能影响产品的可靠性。 对于大多数用途，典型的晶体管基本上是一个开关。当它打开时，电流从半导体的一侧流向另一侧；关闭它会停止电流。这些动作分别创建了数字信息的二进制 1 和 0。 晶体管性能主要取决于指定量的电流流动的可靠性。晶体管材料中的缺陷，例如不需要的“杂质”区域或化学键断裂，会中断流动并使其不稳定。这些缺陷会在设备运行时立即或随着时间的推移而显现出来。 多年来，科学家们已经找到了许多方法来对这些影响进行分类和最小化。但随着晶体管

一种新型的 COVID-19 测试策略可以帮助简化识别病例、跟踪变异和检测共感染病毒的过程。目前，这三个诊断程序中的每一个都涉及单独的分析和复杂的工作流程，分析通常在高度专业化的设施中进行。研究人员现在已将所有三种测试组合到一个程序中，该程序应该可以对 COVID-19 和许多新出现的 SARS-CoV-2 变体进行即时跟踪。 该测试涉及一个便携式、公文包大小的迷你实验室，避免了作为 COVID-19 筛查和监测标准的缓慢而昂贵的技术。该测试利用遗传方法（称为重组酶聚合酶扩增）和便携式测序仪来快速检测病毒序列的存在，并一次提供多达 96 个患者样本的读数。 该测试旨在解码 SARS-CoV

研究人员已经创建了一个电子微系统，它可以在没有任何外部能量输入的情况下智能地响应信息输入，就像一个自主的生物体。该微系统由一种新型电子设备构成，可以处理超低电子信号，并结合了一种可以从周围环境发电的新型设备。微系统的两个关键部件均由蛋白质纳米线制成，蛋白质纳米线是一种“绿色”电子材料，由微生物可再生生产，不会产生电子垃圾。 该项目代表了该团队最近研究的持续发展。此前，他们发现可以使用基于蛋白质纳米线的空气发生器（Air-Gen）从周围环境/湿度中产生电力，这种设备可以在地球上几乎所有环境中持续发电。他们还发现，蛋白质纳米线可用于构建称为忆阻器的电子设备，该设备可以模拟大脑计算并处理与生物信号