无需插入卡或扫描智能手机进行支付，一项新技术使您只需用手指触摸机器即可。该原型让身体充当卡片或智能手机与阅读器或扫描仪之间的纽带，只需触摸表面即可传输信息。 将原型作为手表佩戴时，用户的身体可用于在触摸笔记本电脑上的传感器时发送照片或密码等信息。虽然可以使用指纹解锁设备，但这项新技术并不依赖于生物识别技术——它依赖于数字信号。 该技术的工作原理是在体内建立一个“互联网”，智能手机、智能手表、起搏器、胰岛素泵和其他可穿戴或可植入设备可以用来发送信息。这些设备通常使用倾向于从身体向外辐射的蓝牙信号进行通信。黑客可以在 30 英尺外截获这些信号。相反，新技术通过将信号耦合在电磁频谱上比典型蓝牙通

联合国预测，如果我们继续目前的使用模式，到 2050 年，地球上许多地区可能没有足够的淡水来满足农业的需求。解决这一全球难题的一种方法是开发更高效的灌溉，其核心是精确监测土壤水分，允许传感器引导“智能”灌溉系统，以确保以最佳时间和速率施用水。 目前检测土壤湿度的方法存在问题——埋藏的传感器容易受到基质中盐分的影响，并且需要专门的硬件进行连接，而热像仪价格昂贵，并且会受到阳光强度、雾和云等气候条件的影响。 来自南澳大利亚大学和巴格达中间技术大学的研究人员开发了一种具有成本效益的替代方案，可以使精确土壤监测在几乎任何情况下都变得简单且经济实惠。他们成功测试了一个使用标准 RGB 数码相机在各种

目前对柔性电子产品的研究正在为可以佩戴在身体上并收集各种医疗数据的无线传感器铺平道路。但如果没有类似的灵活传输设备，这些传感器将需要有线连接来传输健康数据。 与可穿戴传感器一样，可穿戴发射器需要在人体皮肤上安全使用，在室温下正常工作，并且能够承受扭曲、压缩和拉伸。然而，发射器的灵活性带来了独特的挑战：当天线被压缩或拉伸时，它们的共振频率 (RF) 会发生变化，并且它们发射的无线电信号的波长可能与天线预期接收器的波长不匹配。 研究人员已经创建了一种灵活的、可穿戴的分层发射器。在以前的工作的基础上，他们制造了一个铜网，上面有重叠的波浪线图案。该网格构成接触皮肤的底层和用作天线中的辐射元件的

二氧化碳 (CO2) 的检测对于环境、健康、安全和空间应用非常重要。二氧化碳在较高浓度时是一种有害污染物，因为它能够置换高浓度的氧气。目前用于 CO2 的商用传感器存在问题和缺点，尤其是在不同温度、压力和高湿度水平下的精度。 NASA Ames 开发了一种正在申请专利的固态传感器，该传感器配置用于在干燥条件和高湿度条件下检测浓度在大约百万分之 100 (ppm) 和 10,000 ppm 范围内的二氧化碳。 固态传感器可在动态流动模式和静态扩散模式条件下实现高浓度 CO2 的无饱和检测。复合传感材料包括氧化多壁碳纳米管（O-MWCNT）和金属氧化物；例如，O-MWCNT 和氧化铁 (Fe2O

带有再生冷却喷嘴的低成本、大型液体火箭发动机将使进入太空成为可能，而且成本更低。高压下包含的冷却剂通过喷嘴内的一排通道循环，以适当地冷却喷嘴壁以承受高温并防止故障。以经济实惠的方式制造和关闭复杂的喷嘴通道一直是一项挑战。 NASA Marshall 开发了一种强大且简化的增材制造技术，用于制造喷嘴衬套外护套，以封闭内部通道并容纳高压冷却剂。激光线直接封闭 (LWDC) 功能可缩短喷嘴的制造时间，并允许在构建过程中进行实时检查。 LWDC 技术使改进的通道壁喷嘴具有外衬，该外衬与内衬熔合以容纳冷却剂。它建立在已在石油和天然气行业以及航空部件维修行业使用多年的大规模熔覆技术之上。 LWDC 利

患有肌萎缩侧索硬化症 (ALS) 的人控制肌肉的能力逐渐下降。结果，他们经常失去说话的能力，难以与他人交流。一组研究人员设计了一种可拉伸的类似皮肤的装置，可以附着在患者的脸上，以测量抽搐或微笑等微小动作。使用这种方法，患者可以通过设备测量和解释的小动作传达各种情绪。 研究人员希望该设备能够让患者以更自然的方式进行交流，而无需处理笨重的设备。柔软的一次性可穿戴传感器很薄，可以用化妆品伪装以匹配任何肤色，使其不显眼。该设备的初始版本在两名 ALS 患者身上进行了测试，结果表明它可以准确地区分三种不同的面部表情——微笑、张嘴和撅起的嘴唇。 该设备由嵌入在薄硅胶薄膜中的四个压电传感器组成。由氮化铝

从风力涡轮机和电动机到传感器，永磁体用于许多电气应用。这些磁体的生产通常涉及烧结或注塑成型。但由于电子器件的日益小型化以及对磁性元件几何形状的更严格要求，传统的制造方法经常出现不足。然而，增材制造技术提供了所需的形状灵活性，从而能够根据相关应用的需求生产定制的磁铁。 研究人员借助基于激光的 3D 打印技术制造了超级磁铁。该方法使用粉末形式的磁性材料，将其分层施加并熔化以结合颗粒，从而产生纯金属制成的组件。该工艺已经发展到可以在控制其微观结构的同时以高相对密度印刷磁体的阶段。 研究的最初重点是生产钕 (NdFeB) 磁体。由于其化学特性，钕被用作许多强永磁体的基础，这些永磁体是计算机和智能手

有些任务是传统机器人——刚性的和金属的——无法执行的。软体机器人可能能够更安全地与人互动或轻松滑入狭小空间。但要让机器人可靠地完成其编程任务，它们需要知道所有身体部位的下落。对于一个可以无限变形的软体机器人来说，这是一项艰巨的任务。 研究人员开发了一种算法来帮助工程师设计软机器人，以收集有关其周围环境的更多有用信息。深度学习算法建议在机器人体内优化传感器放置，使其能够更好地与环境交互并完成分配的任务。这一进步是朝着机器人设计自动化迈出的一步。该系统不仅可以学习给定的任务，还可以学习如何最好地设计机器人来解决该任务。 创建完成现实世界任务的软机器人一直是机器人技术的挑战。刚性机器人有一个内在

一个名为 Little Hermes 的两足机器人被设计为具有类人的反应能力，并由来自远程位置的人引导，该人感受到与机器人所经历的相同的物理力。这款小型双足机器人旨在前往被认为对人类不安全的地方。 当前的大部分人工机器人研究不包括对操作员的任何力反馈信息。如果人工辅助机器人要以与人类相似的方式与环境交互，操作员需要感受到与机器人“感觉”相同的力。开发了一种动作捕捉套装——就像人类操作员穿戴的外骨骼——捕捉操作员的动作和操作员对环境施加的移动力，并将这些数据传输给机器人，机器人几乎没有甚至没有延迟。 由于机器人不像人那样具有固有的平衡感，因此研究人员为操作员配备了一件背心，该背心将机器人的力

研究人员发现了一种利用光波特性的方法，可以从根本上增加它们携带的数据量。他们展示了由同心环组成的天线发射离散的扭曲激光束，该同心环大致等于人类头发的直径——小到可以放置在计算机芯片上。 这项工作将显着增加相干光源可以复用或同时传输的信息量。多路复用的一个常见示例是通过单根电线传输多个电话呼叫，但可以直接多路复用的相干扭曲光波的数量存在根本限制。 该技术通过称为轨道角动量的光特性克服了当前的数据容量限制。它在生物成像、大容量通信和传感器等方面都有应用。 当前通过电磁波传输信号的方法已达到极限。例如，频率已经饱和，这就是为什么只能在收音机上调到这么多电台的原因。偏振，其中光波被分成两个值 -

研究人员展示了一种基于原子的传感器，它可以确定传入无线电信号的方向，这是潜在原子通信系统的另一个关键部分，该系统可以比传统技术更小，在嘈杂的环境中工作得更好。 测量信号“到达角”的能力有助于确保雷达和无线通信的准确性，这需要从随机或故意干扰中挑选出真实的消息和图像。真正的基于原子的通信系统将使 5G 及以后受益。 两个不同颜色的激光器在一个微小的玻璃烧瓶或细胞中制备气态铯原子，这些原子处于高能（里德堡）状态，具有新的特性，例如对电磁场极为敏感。电场信号的频率会影响原子吸收的光的颜色。基于原子的“混频器”接收输入信号并将其转换为不同的频率。一个信号用作参考，而第二个信号被转换或失谐到较低频

开发了一种可编程光纤，可以传输军装数据。这种纤维可以发电，提供有关佩戴者生理和环境暴露的重要信息，向团队提供他们的位置，并在有人受伤时提醒他们。最终，采用这种技术的制服可以为传感器供电、存储和分析收集的数据，并将数据传输到外部来源。 研究人员将数百个方形硅微尺度数字芯片放入一个预制件中，制成聚合物纤维。通过精确控制聚合物的流动，他们创造了一种在长达数十米的芯片之间具有连续电连接的纤维。 到目前为止，电子纤维一直是模拟的，承载的是连续的电信号，而不是数字的，其中离散的信息位可以在 0 和 1 中进行编码和处理。 纤维本身又细又柔韧，可以穿过针头，缝进织物，洗至少10次不坏。数字光纤可以揭

一种研究共轭聚合物的新方法使研究人员首次能够测量聚合反应过程中单个分子的机械和动力学特性。 共轭聚合物本质上是沿着可以传导电子和吸收光的主链的分子簇。这使得它们非常适合制造可穿戴电子设备等软光电子产品；然而，尽管它们很灵活，但这些聚合物很难批量研究，因为它们会聚集并从溶液中脱落。 这种称为磁性镊子的方法允许研究人员拉伸和扭曲共轭聚合物聚乙炔的单个分子。以前的方法依赖于化学衍生，其中结构被原子官能团修饰。然而，这种方法会影响聚合物的固有特性。 该过程的工作原理是将聚合物链的一端固定在玻璃盖玻片上，另一端固定在微小的磁性颗粒上。然后，研究人员使用磁场来操纵共轭聚合物，拉伸或扭曲它，并测量生

谁 耐用的软电子产品可用于可穿戴电子产品和软机器人，有朝一日可能成为可伸缩智能手机的一部分。 什么 类似皮肤的电子电路柔软且有弹性，在负载下承受许多损坏事件而不会失去导电性，并且可以在产品使用寿命结束时回收以生成新电路。当前的消费设备，例如电话和笔记本电脑，包含使用贯穿始终的焊接线的刚性材料。新电路用柔软的电子复合材料和微小的导电液态金属液滴代替了这些不灵活的材料，这些液滴最初分散在弹性体（一种橡胶聚合物）中，作为电绝缘的离散液滴。为了制作电路，研究人员通过压花引入了一种可扩展的方法，这使他们能够通过选择性地连接液滴来快速创建可调谐电路。如果在电路上打孔，金属液滴仍然可以传输电力。液滴不会

触摸或触觉传感对于从机器人技术到外科医学再到运动科学的一系列现实应用至关重要。触觉传感器以生物触觉为模型，可以帮助研究人员了解人类的感知和运动。一种使用触觉成像技术的压力分布测量新方法。 当前最常见的触觉成像方法涉及使用由压敏材料组成的传感器阵列。然而，这样的阵列需要复杂的制造工艺，并对传感器设计造成限制。两个导体之间的压力与它们之间的接触电阻直接相关。利用这种关系，开发了一种由一对机电耦合导体组成的传感器，其中一个导体具有驱动功能，另一个导体具有探测功能。该传感器无需压敏材料，制造更简单。 这种策略使得开发一种通用的触觉传感器能够使用简单的导电材料（如碳漆）进行接触压力分布测量。该设计理

研究人员已经开发出能够模仿人体运动动态过程的“电子皮肤”传感器。他们试图模仿人手皮肤的生物和动态过程，使物体具有相似的行为。 双模式传感器测量运动的幅度和负荷——例如挥动网球拍的力度——以及速率、持续时间和方向。诀窍是解耦这种测量并了解单独的参数如何相互影响；例如，在球拍上轻轻地弹起网球与将球传给对手需要不同的输入。当一个拥有假肢的人需要区分处理鸡蛋或携带西瓜时，这些相同的变量就会发挥作用。 传感器可用于帮助人们捕捉按压、弯曲和其他运动的幅度。它们还可以用于软机器人来操纵精密物体，例如捕鱼，甚至在灾难中可能需要爬入不规则空间并移动碎片。 数据由压电和压阻信号之间产生的协同作用提供信息。压

Spinoff 是 NASA 的年度出版物，主要介绍成功商业化的 NASA 技术。这种商业化促进了健康和医药、消费品、交通、公共安全、计算机技术和环境资源领域的产品和服务的发展。 大气中的一切都可以发出声音——火山隆隆作响，瀑布崩塌——但这种声音比我们的耳朵所感知的要多。就像红外线由肉眼不可见的频率组成一样，有一种称为次声的音频模拟，由人耳无法听到的音高（0.001 到 20 赫兹）组成。 飞行时有时遇到的突然湍流称为晴空湍流，之所以如此命名是因为没有可见的云或大气特征来警告中断。湍流的看不见的空气似乎不知从何而来，对飞机造成严重破坏。 尽管在视觉上不容易检测到，但晴空湍流具有明确

研究人员使用 G-Putty 材料（一种高延展性的石墨烯混合腻子）开发了基于石墨烯的传感技术。印刷传感器的灵敏度是行业标准的 50 倍，并且在一个重要指标上优于其他类似的纳米传感器：灵活性。在不降低性能的情况下最大限度地提高灵敏度和灵活性，使该技术成为可穿戴电子设备和医疗诊断设备新兴领域的理想选择。 该团队证明它可以生产低成本的印刷石墨烯纳米复合应变传感器。创建和测试不同粘度（流动性）的墨水，该团队发现它可以根据印刷技术和应用定制 G-Putty 墨水。在医疗环境中，应变传感器是一种有价值的诊断工具，用于测量机械应变的变化，例如脉搏率，或中风患者吞咽能力的变化。应变传感器通过检测这种机械变化

布鲁克海文国家实验室（纽约州厄普顿）的科学家们已经确定了最先进的锂金属电池故障的主要原因——这对远程电动汽车很感兴趣。他们使用高能 X 射线跟踪电池上数千个不同点的循环引起的变化，并绘制性能变化图。在每一点，他们都使用 X 射线数据来计算阴极材料的数量及其局部充电状态。这些发现与互补的电化学测量相结合，使他们能够确定在多次充放电循环后导致电池容量损失的主要机制。 液体电解质的耗尽是失败的主要原因。在每个充电和放电循环期间，电解质在可充电电池的两个电极（阳极和阴极）之间传输锂离子。 布鲁克海文实验室和石溪大学（纽约）化学系的彼得·哈利法解释说：“阳极由锂金属而不是石墨（当今电池中通常使用的材

近年来，增材制造 (AM) 技术在行业中得到了广泛采用。随着数字化和按需制造将生产现场的面貌转变为全自动操作线，可靠的过程监控方法变得越来越重要。 在基于激光的金属加工中，众所周知的事实是，可以实时分析加工过程中的光和声发射，并将其与最终零件质量相关联。 1,2,3 这种方法带来了巨大的价值，因为在生产过程中产生的孔隙、裂缝或其他不均匀性极大地影响了机械性能并增加了部件缺陷的风险。对警告过程信号立即做出反应可以减少废料并节省时间。 如今，高温计、高速相机、红外相机和光电二极管等光学系统被广泛用于在学术和工业环境中监控基于激光的 AM 工艺。4 尽管它们对激光-金属相互作用区域产生了重要的洞