高速成像的速度与分辨率权衡 高速成像技术以每秒百万帧以上的速度，成为科学和工程研究中捕捉转瞬即逝事件的宝贵工具。然而，达到如此高速并非没有代价。大多数高速摄像机设计为最大千兆像素/秒（Gpx/sec）吞吐量，通过帧率与分辨率的权衡来实现。例如，一款 25 Gpx/sec 的摄像机在 1280×800 像素分辨率下可达 25,700 fps，若降低分辨率至 1280×720 则可提升至 28,500 fps，两者吞吐量近似。而百万 fps 级别的超高帧率往往伴随极低分辨率，导致观测主体变得更加困难。 曝光时间与照明挑战 随着帧率提升，像素接收光线的曝光时间急剧缩短。在 25,700 fps 下

联用仪器融合两种不同技术能力形成具新能力分析技术。显微镜分光光度计即此类联用仪器：结合光学显微镜放大能力与UV-Vis-NIR分光光度计分析能力。可测深紫外至近红外区微米级样品区分子光谱。可配置多种光谱类型，测微米级样品吸收率、反射率、发射光谱(荧光、光致发光)。加专用算法还可测薄膜厚度或作微观样品比色计。 选择显微镜分光光度计的理由 最明显：亚微米样品区获取光谱。仅需极少固/液态样品。许多样品极少或无需制备。光谱比色比人眼视觉系统更准：光谱范围更宽、可校正光照变化、可测各波长带光强度。 微分光技术出现前，分析多类微观样品仅能用微化学测试再视觉检查。不幸这些方法倾向破坏性、需大量样品、受人眼视

汽车电子复杂度飞升，电子子组件测试极具挑战。航天电子工程师有独特测试需求：长寿命、高可靠、恶劣环境。本访谈Pickering Interfaces CEO Keith Moore(提供模块化信号切换、仿真、软件用于电子测试验证)探讨航天测试工程师独特挑战与Pickering解决方案。 航天 vs 汽车测试：可靠性与烧机测试差异 Tech Briefs: 航天测试市场与汽车测试独特挑战何在？ Keith Moore: 航天与汽车最大不同在可靠性。飞行器故障成本极高，需在验证发射载具及地面支持系统投入巨大精力——特别是极端温度、振动及太空可能发生一切。另一不同在烧机测试：飞行器或地面站设备，客户可

义肢使用者最大挑战：控制义肢像天然肢体一样移动。多数义肢用肌电图(EMG)——记录肌肉电活动——但仅提供有限控制。研究者开发替代方案可提供更精确义肢控制。在截肢残肢肌肉组织植入微小磁珠，可精确测量肌肉收缩长度，毫秒级反馈仿生义肢。策略称磁微计量法(MM)，提供快速准确肌肉测量。 现有义肢设备用贴皮肤表面或手术植入肌肉电极获取肌肉电测量。后者高侵入高成本但稍准确。无论哪种EMG仅提供肌肉电活动信息，非长度速度。新策略基于：若传感器能测肌肉做什么，测量将提供更精确义肢控制。为达此植入成对磁铁肌肉内。测磁铁相对移动计算肌肉收缩量与收缩速度。 义肢控制用这些测量输入计算机模型预测患者幻肢空间位置，基于

人类指尖拥有3000+触觉受体主要响应压力。操纵物体高度依赖指尖感觉，上肢截肢者缺失此感觉面临独特挑战。现有灵巧义肢均缺“触觉”反馈，致物体意外滑落或捏碎。为实现更自然义肢手接口，研究者在义肢指尖集成液态金属拉伸触觉传感器。硅基弹性体封装提供高导电、顺应性、柔韧、拉伸性关键优势。分层多指触觉集成可为人工手提供更高智能。 研究者用义肢单独指尖区分不同纹理表面滑动速度。四纹理单变量：脊距。为检测纹理速度训练四机器学习算法。十表面各20次试验测试算法区分四纹理随机排列组合十复杂表面能力。结果显示：四指尖液态金属传感器触觉信息集成同时区分复杂多纹理表面，展示新型分层智能。机器学习算法各指高准确度区分所

东京理科大学(TUS)科学家近期研究开发新型自供电尿布传感器：利用生物燃料电池直接从尿液产生所需电力。设备无线传输测得葡萄糖浓度并通报尿液存在，助预防糖尿病大幅简化患者护理。 得益科学现代医学，我们更知疾病早期迹象及检查生物标志物。临床环境有设备技术便捷采样分析生物标志物，医护患者护理者据此行动。医疗技术演进中可穿戴电子生物传感器被视潜在变局者：让医护非医护人员远程监测相关体变量。糖尿病监测血糖水平关键。尿糖提供血糖间接信息可作替代生物标志物避免频繁抽血。传感器可直接嵌入老年/长期护理患者尿布测尿糖。无线传输数据尿布传感器大幅简化护理健康监测任务。但传感器无线发射器需能源工作，尿布装电池从环境

哥伦比亚工程师开发全功能电子电路最小单芯片系统；仅显微镜可见植入芯片指向开发可用皮下注射针注射体内监测医疗状况芯片。 植入医疗设备广泛用于监测绘制生物信号、支持增强生理功能、治疗疾病，变革医疗改善数百万人生活质量。研究者越来越有兴趣设计无线微型植入医疗设备用于体内/原位生理监测。可监测温度、血压、葡萄糖、呼吸等生理状况供诊断治疗程序。 至今常规植入电子体积效率极低——通常需多芯片、封装、导线、外部换能器、常需电池储能。电子恒久趋势为组件更紧集成，越来越多功能移至集成电路本身。哥伦比亚工程报告：构建世界最小单芯片系统，总体积<0.1 mm³，尘螨大小仅显微镜可见。为达此用超声无线供电通信。 “想

研究人员确定内置谐振器在多种场景下处理振动机制。谐振器管理振动装置：车辆用限制消音器声排放，桥梁建筑用限制噪音结构移动。谐振器用弹簧式振荡控制改变振动——吸收中和或放大导向特定位置。 前期研究探讨用谐振器控制穿墙声音或减车辆移动振动。聚焦在现有结构车辆部件添加谐振器。新研究发现直接在墙体车辆材料切入谐振器可抑制扩散振动。 研究者在矩形亚克力板切入谐振器测试切入材料内部谐振器效果而非后添加。未直接对比切入式与附加式。切入式更流线型，适用空间受限应用：飞机制造墙体建造例。用不同机制固定板：夹紧、悬空、支撑。用机械锤击板测击后各板振动力。保留一板未改作对照。 发现振动在未改板传播更远，内置谐振器板传

紫外线虽不可见却无处不在，过度暴露致皮肤癌早衰。紫外线强度通常天气预报指数报告。可穿戴设备(如T恤手表)全天监测个体实际紫外暴露，将成寻求避免日晒损伤人群更实用准确指南。 南洋理工大学(NTU)研究人员报告：其柔性紫外光传感器响应度高25倍、灵敏度高330倍超现有传感器，超越光电子应用——光基电子——所需性能水平。 紫外光传感器即光电探测器，广泛用于智能手机生物医学成像。数十年来氮化镓(GaN)因发射调控传输感测光优异特性成制造紫外光传感器理想材料。但多数GaN基紫外传感器建于刚性衬底，限制柔性可穿戴产品应用。他处研究者虽开发柔性GaN基紫外传感器未达最先进应用性能水平。两大挑战：低响应度、低

聚合物复材进步与低温应用工业需求增长，亟需精准热性能数据含有效热导率数据。NASA肯尼迪中心开发方法测量环境温度以下或大温差材料热性能。技术用液氮作直接热能计，适用373K至77K宽温度范围常压环境测试。 Macroflash遵循ASTM C1774(附录A4)技术标准，为低温应用提供成本效益高、现场代表性方法测试任意材料。从工程系统到研究测试到制造质控，技术服务能源、交通、建筑、环境领域。 Macroflash可测均质或分层固体泡沫粉末。试样典型直径75mm厚6mm。冷侧液氮维持77K，加热盘维持环境至373K稳定热侧温度。液氮稳定沸腾提供穿透试样厚度热能传递直接度量。氮气或其他气体供仪器建

从微波炉到Wi-Fi连接，渗透环境的无线电波不仅是能耗信号本身也是能量源。研究人员开发从无线电波采集能量为可穿戴设备供电的方法。 当前可穿戴健康监测设备能源各有局限：太阳能仅见光采集；自供电摩擦电设备仅运动采集。研究者开发可拉伸宽带偶极子天线系统无线传输健康监测传感器采集数据。系统由两可拉伸金属天线集成于镀金属导电石墨烯材料组成。宽带设计使系统拉伸弯曲扭转仍保持频率功能。系统连可拉伸整流电路形成整流天线rectenna，将电磁波能量转电能。电能可为无线设备供电或充电储能设备(电池超级电容器)。 整流天线转换环境无线电/电磁波为能量供设备感测模块追踪温度、水合、血氧。虽产生能量少于其他源但系统持

实时3D运动追踪系统结合透明光探测器与先进神经网络方法，创建系统未来可能替代自动驾驶技术中激光雷达与相机。成像系统利用透明纳米级高灵敏石墨烯光电探测器优势。 石墨烯光电探测器调整为仅吸收约10%入射光，近乎透明。因石墨烯极敏感光此足生成可通过计算成像重构的图像。光电探测器层叠堆叠形成紧凑系统，各层聚焦不同焦平面实现3D成像。 团队攻克实时运动追踪——自主机器人应用关键。需确定被追踪物体位置姿态。典型方法涉及激光雷达光场相机均有显著局限。其他用超材料或多相机。单靠硬件不足达预期结果。 团队构建光学装置使神经网络解析位置信息。神经网络训练搜索全场景特定物体再聚焦目标：如交通中行人或高速公路驶入车道

屋顶光伏(PV)电池转换阳光发电。将技术引入室内可进一步提升建筑能效，为烟雾报警器、摄像头、温度传感器等无线智能技术供能。 研究者开发直观室内捕光方法。测试不同材料小型模块化PV设备室内充电能力，将最低效硅模块接无线温度传感器。结果显示：硅模块仅吸收LED光供电已超传感器运行消耗。暗示设备灯亮期间可持续运行，免人工换/充电池。 多数建筑白天混合日光人造光照。黄昏后人造光持续供能。但常见室内光源如LED光谱窄于太阳宽谱，部分太阳能电池材料更擅捕获这些波长。为弄清不同材料表现，团队测试砷化镓(GaAs)、磷化镓铟(GaInP)——两材料针对白光LED优化——及硅(较低效但廉价常见)。厘米级模块置不

研究团队生物工程改造微生物高效将废弃物转化茚三酸——塑料涂料用工业化学品。 现行茚三酸生产依赖真菌以相对纯糖为食，成本较高。团队利用生物炼厂造纸厂废弃物木质素培养假单胞菌，潜在实现更廉价茚三酸生产。 关键在于用动态控制分离微生物生长期与茚三酸生产期。团队设计部署生物传感器：仅在微生物消耗完驱动生长的氮源后触发茚三酸代谢途径。 技术可为生物炼厂提供额外收入，将木质素转化高价值化学品。一菌株生产期达理论产率近90%且可进一步优化。方法亦可应用于多种碳废弃物流。

无人机(UAV)设想在低空空域比常规高空空管系统更密集运行，不仅挑战飞行器设计也挑战安全高效低空空管系统开发。NASA艾姆斯开发空管仿真工具：灵活快速评估飞行环境引擎(Fe³)。 仿真工具提供统计分析高密度高保真低空交通系统能力，避免大规模飞行器涉及的不可行成本高昂飞行测试。Fe³含综合模型：六自由度无人机动力学控制模型、导航通讯传感器模型、风模型、冲突解决模型，利用云计算GPU技术达高计算性能。 凭此性能Fe³分钟级执行数千次蒙特卡洛仿真大规模飞行操作，研究者即时开展不确定性研究获统计结果。工具提供灵活输入结构，允许研究大规模空中作业广泛参数。 Fe³核心仿真引擎两主功能：轨迹生成与避撞。用

NASA喷气推进实验室开发适用潜望镜头成像系统，产出周围环境非旋转360度视野。常规潜望镜瞬时视场(FOV)受入口光圈限制，用户见隧道视野。广角覆盖尝试用多成像器但最先进系统无法同时提供窄/广FOV场景可视化。 新系统用多相机阵列改进：每阵列含广角FOV成像器与窄FOV成像器组合。系统显示完整360度无缝FOV并允许用户选区域高分辨率检查，可同时执行监视、视觉导航、自动目标识别跟踪等多样视觉任务。 高分辨率CMOS成像系统含两主要元件：场景获取传感器头、含分布式处理器软件的控制装置用于设备控制、数据处理、显示。传感器头配置为适配常规潜望镜现有桅杆的圆柱体，七层甲板。每甲板含广角CMOS成像器与

电池优化通常涉及能量(存储量)与功率密度(释放速率)权衡，取决于材料、配置、内部结构如孔隙率。相关结构可调参数需优化。典型需数万次计算搜索参数空间寻最佳组合，耗时费力。 研究人员开发更快更简方法，无需复杂数值仿真即可指导电池组件选型设计及相互作用。简化模型精度在更密集计算算法10%以内，让研究者快速评估电池倍率性能。 几乎所有电池单元设计师优化者用伪二维(P2D)仿真，运行昂贵。优化电池单元时因变量参数多需精细调整最大化性能尤显问题。新工具提供更快更透明方式加速设计过程，给出数值仿真不易得的简单清晰洞见。模型易在MATLAB、Excel甚至计算器实现。 测试模型搜寻常见全/半电池电极最优孔隙率

NASA公布CO₂转化挑战赛获胜团队 地球上植物用阳光将二氧化碳(CO₂)转化为糖供能量。火星虽无植物海洋但CO₂丰富。近期NASA挑战赛奖励演示将CO₂转化为糖的系统团队，宇航员可用糖制塑料、胶粘剂、燃料、食物、药物等有用产品。 了解获胜者详情 这里. Techbriefs.com本月新内容 自主机器人不仅需知去向，还须自平衡。密歇根大学新算法为机器人寻找不平地形最佳路径及手脚最佳着力点。本月我们采访了机器人路径规划师Dmitry Berenson教授工程师。发送评论建议至邮箱（需启用JavaScript查看）。 下月Tech Briefs预告 11月刊将含NASA阿尔忒弥斯计划专题，将

工业可编程逻辑控制器(PLC)及其关联运营技术(OT)软件通讯协议传统上最适配本地化安装。缺乏计算性能、连接选项、安全性难轻松与上层信息技术(IT)资源集成。 用户寻求更好方式连接现场智能传感器智能系统数据构建IoT方案。幸新型PLC利用软件进步让用户易提取制造系统数据传输至业务系统。 架构演进：从复杂网关到直连云端 因现场信号条件特性，在数据源附近安装鲁棒可靠PLC很合理。传统PLC局限过去强迫在PLC上创建管理相对复杂PC网关架构汇聚路由数据（图1）。常需定制代码，用户耗大量精力添加工程单位标签描述等上下文信息。网络安全措施最差或不存在。 现代PLC多含OT协议：ASCII、Modbus

研究人员开发产品可在低浓度水平准确检测化学武器。化学剂显露喷雾与污染指示/去污保证系统(CIDAS)将酶掺入聚合物稳定化供细胞外使用，最终用于真实战场环境。 酶通常在生物体外不稳定，但基础聚合物酶化学研究找到方法在真实战场条件下维持酶高活性感测化学品。新技术用酶（生物体自然产生催化特定生化反应复杂蛋白）驱动快速颜色反应检测化战剂。液体溶液喷涂表面后，鲜明变色指示特定化战剂污染确切位置。 因底层化学用酶驱动特定生化反应，技术高度抗常规检测设备易受的化学/环境干扰。产品灵敏度亦可判断去污是否有效。喷雾技术实现高毒物质快速检测同时降低去污作业全生命周期成本。 此前神经/泡化剂检测产品从简单比色技术（