人体作为安全数据传输介质 新技术让用户仅用手指触碰机器即可完成支付，无需插卡或扫码。原型表戴于腕部，人体成为卡/手机与读取器间的链路，触碰表面即可传输照片、密码等信息。不同于指纹生物识别，该技术依赖数字信号。 电准静态场限制信号在体内 建立体内“互联网”，可穿戴/植入设备（手机、手表、起搏器、胰岛素泵）发送信号。蓝牙信号辐射体外 30 英尺可被拦截。新技术将信号耦合在电准静态范围（远低于蓝牙频谱），将信号限制在体内，仅直接接触时传输。手指悬停 1 厘米不传输，防窃取。实验验证：触碰一个电极仅对应灯亮，另一灯不亮；悬停笔记本传感器不传照片。 应用前景 比近场通信（NFC）更便捷：单手势完成安

低成本智能灌溉新方案 联合国预测 2050 年许多地区淡水不足以满足农业需求。精准土壤湿度监测是高效灌溉核心。埋地传感器易受盐分干扰且需专用硬件；热成像仪昂贵且受光照、雾、云影响。南澳大学与巴格达中部技术大学联合开发基于普通 RGB 摄像头的低成本替代方案。 原理与验证 系统分析土壤颜色差异判断含水量。经不同距离、时间、光照条件测试，准确度极高。摄像头接入人工神经网络（ANN），训练识别不同天空条件下的土壤湿度等级。ANN 可针对特定土壤和气候微调，最大化精度。教授 Javaan Chahl 表示：网络训练后可通过维持土壤外观目标状态实现受控灌溉。计划基于算法设计微控制器+USB摄像头+水泵

柔性天线设计解决射频漂移难题 可穿戴传感器需柔性发射器配合。天线受压拉伸时谐振频率（RF）漂移，导致与接收端波长不匹配。研究者设计双层铜网：重叠波浪线图案。底层贴肤屏蔽射频信号与皮肤交互，防组织损伤和能量损耗；顶层为辐射单元，受压形成双拱、拉伸展开，有序形变减少 RF 波动。 性能与分析 传输距离近 300 英尺，易集成多芯片/传感器。对比无双拱结构原型，通过归一化网格宽度、角度等参数简化分析，发现多种变量归一化可定制天线性能，仿真几何结构不同导致结果差异。方法可推广至其他射频器件，未来可构建全身传感器发射器网络。 视频见 Tech Briefs TV。联系人：Megan Lakatos，8

固态复合材料实现宽范围 CO₂ 检测 CO₂ 高浓度置换氧气有害，现有商用传感器在不同温度、压力、高湿下精度不足。NASA 艾姆斯开发专利待批固态传感器，检测范围 100 ppm 至 10,000 ppm，干湿环境均适用，动态流态和静态扩散模式下均不饱和。 工作机制 复合感应材料：氧化多壁碳纳米管（O-MWCNT）与金属氧化物（如 Fe₂O₃ 纳米颗粒）。CO₂ 分子吸附导致电荷转移和导电路径改变，电导率随浓度变化，输出传感器响应。无耗材，校准频率低于传统传感器，易集成现有电子系统（含智能手机），支持自动化制造和自动校准。 商业化授权 NASA 寻求授权商业化，联系 Licensing C

低成本大型再生冷却喷嘴制造挑战 再生冷却喷嘴内高压冷却剂循环防止过热失效。复杂通道闭合制造成本高、难度大。NASA 马歇尔中心开发激光丝材直接闭合（LWDC）增材技术，制造喷嘴外套闭合通道容纳高压冷却剂，缩短制造周期并支持实时检测。 LWDC 技术原理与优势 LWDC 在内衬外熔覆过渡材料建立基座，机器人丝材激光熔敷自由成型外壳，旋转焊头逐层合金丝环向闭合冷却通道，形成可靠重复的双金属界面（如内铜外超合金）。无需通道内填充物。热火试验 1000+ 秒验证结合可靠、通道变形极小。双金属设计优化材料分布。多合金验证通过。 商业化授权 NASA 寻求授权商业化，联系 Licensing Conc

贴肤柔性传感器捕捉微表情 ALS 患者肌肉控制逐渐衰退，常失去语言能力。研究团队设计贴敷面部的拉伸皮肤状装置，测量抽搐、微笑等微小动作，经解读实现多样情感表达。装置薄、一次性、可化妆遮盖，不显眼。 技术细节与验证 四个氮化铝压电传感器嵌入薄硅胶膜，检测皮肤机械变形转化为电压。成本约 $10。利用数字图像相关法在健康志愿者面部喷涂斑点纹理，多相机拍摄面部动作，软件分析应变分布选定最佳传感器位置。机器学习算法训练识别微笑、张嘴、撅嘴三种表情。两名 ALS 患者测试准确率 75%，健康受试者 87%。 应用拓展 可建立面部动作组合对应词库，理论上可生成数千信息。传感器数据经手持处理单元分析，未来

增材制造解决微型化磁性元件制造难题 永磁体广泛用于风力发电、电机、传感器。传统烧结、注塑难满足电子微型化和几何精度要求。激光 3D 打印用磁性粉末逐层熔融，制得纯金属高相对密度磁铁，可控微观结构，实现按需定制形状。 稀土替代：铁钴磁铁的环保优势 初期聚焦钕铁硼（NdFeB）强磁，但稀土开采资源密集、回收困难。铁钴（Fe-Co）磁铁环境友好，且在 200-400 °C 保持磁性能，温度稳定性好，适合电磁制动、磁性开关、特定电机系统等不需极强磁力的场景。

软体机器人传感器布局优化难题 软体机器人变形方式无限，难以知晓各身体部位位置。传统刚性机器人关节有限易建模，软体机器人则不然。以往依赖外部相机反馈位置，但目标是创造无外部依赖的自主软体机器人。 深度学习算法优化传感器布局与任务学习 将机器人身体划分为“颗粒”，每个颗粒应变率输入神经网络。通过试错学习最高效动作序列完成抓取不同尺寸物体等任务，同时追踪最常用颗粒，剔除次要颗粒。网络由此建议传感器最佳布局位置。仿真抓取手中，算法建议传感器集中于手指周围，远超人类直觉。 自动化机器人设计前景 该工作有助于自动化机器人设计流程：不仅控制算法，还需考虑传感器布局与其他部件协同。优化传感器布局在精细抓取

力反馈远程操作实现同步平衡 双足机器人 Little Hermes 具有人类反射神经，由远程操作员通过动作捕捉服（外骨骼）控制。操作服捕捉操作员动作及其施加于环境的力，实时传递给机器人复现。机器人无固有平衡感，操作员穿戴反馈背心：机器人倾倒时背心推向同方向，操作员本能迈步平衡，机器人同步跟随，防止跌倒。 下一步计划 改进有线并排接口为无线（类似无人机控制）；开发足部、手部力反馈装置；技术可迁移至四足、轮式等移动系统。 演示视频见 Tech Briefs TV。联系人：Lois Yoksoulian，217-244-2788。

利用光轨道角动量突破数据容量极限 研究人员发现利用光波轨道角动量（OAM）可大幅增加数据承载量。演示从由同心环组成的天线（直径约等于头发丝）发射离散扭转激光束，可集成于芯片。该技术显著提升相干光源可复用的扭转光波数量，应用于生物成像、大容量通信、传感器。 现有调制维度的瓶颈 频率已饱和（收音机频道有限）；偏振仅两态（水平/垂直），可将信息量加倍（如 3D 电影）。OAM 提供指数级容量：光涡旋无限自由度原则上支持无界数据量。挑战在于可靠产生无限 OAM 光束。 拓扑天线设计与实验 用电子束光刻在砷化铟镓磷上刻蚀网格，键合到钇铁石榴石表面。三个同心圆量子阱（最大直径 50 µm）捕获光子。施

原子蒸池单元测量信号到达方向 研究人员演示基于原子的传感器可确定入射射频信号方向，这是潜在原子通信系统的关键部分，有望比传统技术更小、在嘈杂环境表现更好。测量“到达角”有助于雷达和无线通信区分真实信号与干扰，造福 5G 及未来通信。 工作原理 两色激光制备微型玻璃池中气态铯原子至高能赖德伯态，对电磁场极敏感。电场频率影响原子吸收光颜色。原子“混频器”将输入信号转换为不同频率：一路参考，一路降频。激光探测两信号频率相位差。相位指电磁波相对时间位置。在蒸池两位置测量降频信号相位，根据相位差计算到达方向。实验用 19.18 GHz 信号验证，与仿真和理论模型吻合。 原子传感器优势 测量高精度且

数字光纤实现多功能集成 研究人员开发可编程光纤，可从军用制服传输数据。光纤能发电、提供穿戴者生理与环境暴露信息、定位、伤情预警。未来制服可为传感器供电、存储分析数据、对外传输。 制造工艺与结构 将数百个方形硅微芯片置于预制件中拉制成聚合物光纤，精准控制聚合物流动，实现数十米长度内芯片间连续电连接。不同于以往模拟光纤，该光纤为数字式，可编码处理 0/1 离散信息。 性能指标 纤细柔韧，可穿针缝入织物，耐洗 10 次以上。 存储 767 kbit 彩色短视频、0.48 MB 音乐文件，断电保存两月。 内置 1650 连接神经网络。缝入腋下测 270 分钟体表温度，经训练识别穿着者活动准确率

磁镊技术实现单分子原位表征 共轭聚合物分子串联成骨架，能导电吸光，适合制造可穿戴软光电器件。但其易聚集沉淀，难以批量研究。新方法“磁镊”将聚合物一端固定玻璃，一端系磁微粒，用磁场拉伸扭转单分子，测量生长中的单链响应。微量保持可溶，避免批量沉淀问题。 关键发现 共轭聚合物（数十万单体单元）生长速度约 1 个单体/秒，远快于非共轭类似物。 拉伸实测其刚性，理解其如何弯曲同时保持共轭和导电性。 单链间表现出理论预测但从未实验观察到的多样力学行为。 意义 凸显共轭聚合物独特性及单分子操控成像技术在合成材料研究中的威力，为软电子耐用性提升提供新知。 相关图片展示实验装置。

Who（谁） 耐用软电子可用于可穿戴电子、软体机器人，未来或成可拉伸智能手机组件。 What（什么） 肤感电路柔软可拉伸，承受多次带负荷损伤不失导电性，寿命结束可回收再生新电路。传统消费电子用焊接刚性导线，新电路用软性电子复合材料和微小液态金属液滴，初始分散于弹性体中作为绝缘离散液滴。通过压花工艺选择性连接液滴快速创建可调电路。穿孔时液滴绕孔重新连接仍能传输电力，不像传统导线彻底断路。拉伸超 10 倍原长仍保持导电。 Where（哪里） 弗吉尼亚理工大学，布莱克斯堡，弗吉尼亚州。 Why（为什么） 软电子赋予设备前所未有的耐用性。报废时金属液滴和橡胶材料可重处理回液溶液，实现可回收。

触觉感知的重要性与现有局限 触觉感知对机器人、手术医学、运动科学等至关重要。现有触觉成像多用压敏材料阵列，制造复杂且设计受限。两导体间压力与电接触电阻直接相关，利用此关系开发由一对电机耦合导体组成的传感器：一导体驱动，一导体探测，无需压敏材料，制造更简易。 创新设计与制造优势 结合机电技术创新（基于常规导体连接电极的柔性传感器）与断层扫描法确定耦合导体间压力分布。改进电阻抗断层扫描触觉技术，实现高位置精度、可调灵敏度和量程、相对简单制造。可用导电织物、导电漆等材料，制成片状柔性传感器及涂覆导电漆的 3D 打印指状传感器。 应用前景 灵敏度和量程易调、压力估算精准，有望实现多功能机器人高级控

双模式传感器模拟人手动态过程 研究人员开发“电子皮肤”传感器，模拟人手皮肤的生物动态过程，使物体能表现出类似行为。双模式传感器同时测量运动幅度、负载、速率、持续时间和方向。关键在于解耦这些参数并理解其相互影响：如轻拍网球与发球所需输入不同，义肢使用者区分握鸡蛋与提西瓜也依赖这些变量。 压电与压阻协同实现高灵敏度 传感器由面对面的两层金字塔微结构夹层组成。压电层测量外部力（压力）产生电荷，压阻层调节电流。微结构从压阻层获取幅度和持续时间，从压电层获取动态加载率和方向。协同效应实现宽压力和频率范围的高灵敏度，可精确测量模仿特定动作所需的力与柔韧性。 应用前景 可用于捕捉按压、弯曲等动作幅度；软

次声波：人耳听不到的大气声音 大气中万物皆有声，但人耳仅能听到 20 Hz 以上声音。0.001-20 Hz 的次声波肉耳不闻，却蕴含关键信息。晴空湍流无云无可见特征，却有明确的次声波特征。NASA 兰利研究中心的 Qamar Shams 和 Allan Zuckerwar 意识到，若空管或飞行员能提前“听到”这些涡旋，即可规划替代航线。 专用次声麦克风的研发 普通麦克风无法捕捉次声，长波信号被高频声音淹没。研究者设计低张力大半径振膜配合大型密封气腔，使麦克风能接收远距离传播的超低频声波。该次声麦克风由 PCB Piezotronics 制造。 实测与应用前景 在兰利跑道周围等边三角布阵测

G-Putty 材料实现 50 倍灵敏度提升 研究人员利用高度可塑的石墨烯混合腻子（G-Putty）开发印刷式传感器，灵敏度较行业标准提高 50 倍，且在柔韧性指标上超越同类纳米传感器。高灵敏度与高柔韧性的兼容使其成为可穿戴电子和医疗诊断设备的理想候选。 可调墨水适配多种印刷工艺 团队通过调整不同粘度墨水，将 G-Putty 制成适配丝网印刷、气溶胶沉积、机械沉积等工业印刷方法的墨水。医疗应用中，应变传感器用于测量脉搏率、中风患者吞咽能力等机械应变变化，将其转化为成比例电信号。现有金属箔传感器在可穿戴性、通用性和灵敏度上受限。 优异机电性能与可定制灵敏度 G-Putty 墨水兼具优异机械和

液态电解液耗尽是主因 布鲁克海文国家实验室科利用高能 X 射线追踪锂金属电池循环过程中数千个点的变化，绘制性能分布图，结合电化学测试，确定液态电解液耗尽是容量衰减的主导机制。电解液负责在充放电循环中在阳极和阴极间传输锂离子。 锂金属阳极的高能量密度优势 锂金属阳极能量密度远超当前主流石墨阳极，是延长电动汽车续航的关键。自 2017 年成立的 Battery500 联盟致力于开发能量密度是现有车用电池三倍的新一代锂金属阳极。但锂金属极高活性导致循环中持续降解，消耗电解液等关键组分。早期循环寿命不足 10 次，联盟已提升至 200 次（本研究电池）和 400 次（2020 年），目标达 1000

增材制造对过程监测的迫切需求 增材制造（AM）技术在工业界快速普及。随着数字化和按需生产推动生产线全自动化，可靠的过程监测方法愈发关键。在激光金属加工中，光学和声学发射信号可实时关联最终部件质量。气孔、裂纹等缺陷严重影响力学性能，实时预警可减少废料并节省时间。 现有监测手段的局限 热像仪、高速相机、光电二极管等光学系统虽广泛用于监测激光-金属相互作用区，但无法捕捉激光关闭后发生的热应力开裂等现象。结构声传感器虽在粉末床熔融（PBF）中商用，但在激光金属沉积（LMD）或线材电弧增材制造（WAAM）中，结构声传播路径随构建过程变化甚至中断，固定距离的空气耦合声学传感器成为更优选择。 全新超声检