一组研究人员开发了一种超薄、超灵敏的流量传感器，可能对医学研究产生重大影响。 流量传感器，也称为流量计，用于测量液体或气体流动的速度。生物流体流动的速度是一个关键的生理参数，但现有的流量传感器要么体积庞大，要么缺乏精度和稳定性。新的流量传感器基于石墨烯——以蜂窝晶格排列的单层碳原子——从连续的水流中获取电荷。这种现象提供了一种有效的自供电流量传感策略，并提供比其他电气方法高数百倍的关键性能指标。 石墨烯流量传感器可以检测低至每秒一微米的流速——小于每小时四毫米——并有可能区分毛细血管中血流的微小变化。石墨烯流量传感器性能稳定超过半年。 该设备是自供电的，具有植入用于长期生物流体流量监测的

随着 COVID-19 大流行继续在世界范围内蔓延，检测仍然是追踪和控制病毒的关键策略。研究人员利用纸质电化学传感器开发了一种快速、超灵敏的检测方法，可以在不到五分钟的时间内检测出病毒的存在。 市场上有两大类 COVID-19 测试。第一个使用逆转录酶实时聚合酶链反应 (RT-PCR) 和核酸杂交策略来识别病毒 RNA。一些缺点包括完成测试所需的时间、对专业人员的需求以及设备和试剂的可用性。第二类侧重于抗体的检测；但是，在一个人接触病毒后可能会延迟几天到几周，以便他们产生可检测的抗体。 近年来，研究人员在使用石墨烯等二维纳米材料来检测疾病的即时生物传感器方面取得了一些成功。这些生物传感器的

从天文成像中众所周知，各种大气条件和天气影响都会对图像质量产生影响。这是由于光路中空气的折射率的局部变化。这些变化与波长有关，并随着大气压力及其湿度的变化而变化。 在机器视觉领域，通常可以假设压力和湿度在整个光路上都是恒定的。但是，如果光路中存在可能导致局部压力变化的湍流气流，则此规则有一个例外。湍流的典型原因是不同温度下零件之间的热对流。机器视觉中常见的热源可以是照明、高负载电子设备，也可以是浇注金属等高温样品。 对成像的影响 湍流空气中的不同折射率充当梯度透镜，扭曲受影响区域的图像内容。翘曲的幅度和扩展既太复杂，又太依赖于数学建模的设置。相反，我们展示了这种效应的测量示例，以代表其典型

谁 COVID-19 大流行表明需要尽量减少医护人员和患者之间的人与人之间的互动，突出使用机器人的好处。 什么 开发了可以被动收集患者信息的 3D 结构传感机器人。一个研究小组编写了两个机器人——一个人形人物和一个机械臂（如图所示）——来测量人类生理信号。使用 3D 打印折纸结构创建的机械臂在每个手指的尖端包含生物医学电极。当手触摸人时，它会检测生理信号，包括来自心电图（监测心跳）、呼吸频率、肌电图（监测肌肉运动的电信号）和温度的信号。人形机器人还可以监测氧气水平，这可用于监测那些患上严重 COVID-19 的人的状况。数据可以在机器人的显示器上实时查看或直接发送给医疗保健提供者。 在哪

在当今的数字时代，“物联网”设备（嵌入软件和传感器）的使用已变得普遍。这些设备包括无线设备、自主机械、可穿戴传感器和安全系统。由于它们复杂的结构和特性，需要仔细检查它们以评估它们的安全性和实用性并排除任何潜在的缺陷。但同时也必须避免在检查过程中损坏设备。 太赫兹 (THz) 成像基于频率在 0.1 和 10 THz 之间的辐射，是一种这样的非破坏性方法，由于其高穿透性、分辨率和灵敏度而迅速普及。然而，传统的太赫兹相机体积庞大且坚硬，从而限制了它们在不平坦表面成像方面的潜力。此外，它们的高成本和传感器配置缺乏通用性使它们成为一种相当不切实际的替代品，需要更具适应性的传感器。 为此，由河野由纪

科学家们开发了一种高度灵敏且准确的二氧化氮 (NO2) 传感器，该传感器在家庭、公共和工业环境中具有挽救生命的潜在应用。长期接触二氧化氮——一种源自内燃机和工业过程的主要空气污染物——会导致呼吸问题，这对婴儿和哮喘患者来说可能特别严重，甚至危及生命。该气体传感器可以在经济实惠的便携式物联网设备中提供当地环境中 NO2 水平的准确读数，该设备可以与智能手机和应用程序同步。 目前只有使用笨重、昂贵的设备才能监测空气质量以防止暴露于十亿分之一 (ppb) 水平的二氧化氮，因此很少实施。这项工作的目标是创建一种足够灵敏和准确的设备，可以检测空气中低于 20 ppb 的二氧化氮，但它也可以在现实世界的

开发了基于人类心跳的生物识别安全系统。可穿戴原型可以根据人的心脏电活动实时流式传输识别签名。当这些访问控制方法可能受到限制时，例如在可能需要手套或眼睛保护的实验室中，可穿戴设备可以制成腕带或胸带的形式，以替代指纹和眼睛扫描等方法。该系统使用英国 B-Secur 开发的 HeartKey 软件，可以实时传输心率和其他健康指标。 该系统可以从他们独特的心电图签名中识别和验证个人。它识别佩戴者的个人心电图签名并传输信号，允许用户访问特定位置。研究人员的初步测试将是查看可穿戴设备如何与访问控制架构进行通信，此外，它是否可以有效地跟踪人员在设施内的活动。 这种功能对于医院、机场和其他需要精确访问控制

NASA 马歇尔太空飞行中心开发了两个微机电系统 (MEMS) 运动和位置传感器的设计：一个单轴加速度计和一个陀螺仪。该设计利用高度对齐的多壁碳纳米管 (MWCNT) 带和 P(VDF-TrFE) 基体，该基体机械坚固，并具有出色的压电性能作为传感和驱动元件。 最近对 CNT 处理的改进使得在陀螺仪中使用 CNT 胶带成为可能，这些改进产生了更长且更高度对齐的 CNT。碳纳米管的使用使加速度计和陀螺仪更坚固、更坚固，而不会增加它们的尺寸或重量。与硅 (Si) 和石英传感器相比，主要优势是制造更容易，无需加工。 NASA 的加速度计旨在解决传统压电加速度计的缺点，这些加速度计由钛酸钡 (B

创新者开发了一种基于 RFID 的系统，用于感测旋转系统的角位置。基于 RFID 的旋转位置传感器可用作位置/方向传感器或在控制器中实现，以插入和细化旋转系统的旋转角度。该传感器是一套基于 RFID 技术的一部分，该技术开发用于监控和管理基于无源 RFID 传感器的库存。 NASA 的 RFID 传感器可以无线跟踪容器内的散装水平或离散数量的材料，而无需在每个物品上附加 RFID 标签。 基于 RFID 的旋转位置传感器设计用于手摇式分配器，分配器盒内有一个圆形圆盘，圆盘外围包含 RFID 集成电路 (IC)。天线连接到盒子外部的曲柄，允许用户转动圆盘并分发物品。与处理器耦合的 RFID 询

智能耳机和哑耳机之间的区别在于，智能耳机不仅仅是播放音乐——它们可以是生理监视器和虚拟触摸屏。范晓然在罗格斯大学攻读博士期间，带领研究团队开发了一种名为 HeadFi 的方法，该方法使用普通耳机作为传感器。 技术简介： 这个项目是如何开始的？ 范小冉： 我是一个发烧友，所以我对耳机很感兴趣。虽然简单直接的耳机用于工作室混音器和家庭音频等应用，但最近，我们已经看到来自 Apple、Samsung 和 Microsoft 的智能耳机。 我们一直都知道耳机中的驱动器在原理上与麦克风类似，因此在某种意义上它们是互惠的。由于麦克风可以感知信号，这意味着耳机默认也可以这样做。所以，虽然耳机有智能

光通信系统一直是我们信息基础设施建设的关键推动力。许多用于存储和传输信息的数据中心拥有数英里的光纤和数千个激光/光电探测器接收器，用于通过光纤发送和接收信息。增加容量和开发以更高数据速率运行的新系统的过程继续存在着无情的商业压力。这不是一个简单地设计移动更多信息的系统的过程。这些系统的成本需要下降。数据中心有时以英亩和兆瓦来描述，这表明运行数据中心所需的电力是巨大的。有强烈的动机去寻找不仅以更高的容量运行，而且在使用更少能源的情况下运行的方法。 基本的光通信系统具有将电数据转换为调制光的激光发射器、光纤和用于将调制光转换回电信号的光电二极管接收器。由于在数据中心环境中，很少要求光链路由单个供

激光用于多种制造工艺，近年来，其范围越来越广。无论是传感器技术中的 VCSEL、用于焊接电池的蓝色和绿色激光器、增材制造中的强大光纤激光器，还是医疗技术中的量子级联激光器，激光技术目前正在彻底改变众多行业。但有一点很突出——即使在现代生产工厂中，通过测量激光系统本身来使基于激光的工艺更具可持续性的机会也常常被忽视。 有许多新技术和仪器有助于提高基于激光的工艺的生产质量，同时简化文档并节省资源。如今，甚至可以在机器人单元的极短加载期间或在增材制造的密封构造室中，通过与周期时间无关的全自动测量来表征整个光束焦散。 有风险的悖论 多年来，人们一直坚信激光束本身是“免维护的”，因为它永远不会“沉闷

光学行业正在经历增加激光功率和改进涂层技术以适应这种需求的趋势。然而，光学器件并不总是需要利用领先的镀膜技术将高功率激光器应用到系统中。第二种解决方案是增加光束的尺寸，从而增加光学器件的尺寸，这将降低光学器件上每单位面积的总功率或能量密度。这需要大光束扩展光学器件，以及沿光路进一步聚焦的光学器件。 增加光学尺寸的第二个催化剂是任何收集准直光的光收集系统。光学元件的直径越大，收集的表面积越大。在这两种情况下，以及无数其他情况下，通过设计与球面透镜相对的非球面透镜可以实现性能提升。以前，设计人员可能对直径大于 100 毫米的非球面设计犹豫不决，担心可用于验证如此大的非球面的可制造性和计量设备。

可见光只是电磁光谱的一小部分。伽马射线、X 射线、紫外线、红外线、微波和无线电波各有其独特的特性和在光谱中的位置。在本文中，我们将重点介绍 SWIR 或短波红外，它是红外 (IR) 光的一个组成部分。红外波长是低于红色的波长； “infra”这个词在拉丁语中是“下面”的意思。 SWIR 成像定义 作为人类，我们体验到的红外光几乎是不可见的，但我们可以感觉到它是热量。红外光谱分为不同的区域，每个区域都有不同的应用。四个常用参考区域是波长为 750 - 1,000 nm 的近红外 (NIR)、1 - 3 μm 的短波红外 (SWIR)、3 - 5 μm 的中波或中波红外 (MWIR) 和长波红外

北卡罗来纳州立大学的研究人员制造了被认为是最先进的最小 RFID 芯片：一种尺寸为 125 微米 (μm) x 245 微米的设备。这种微型芯片可能会降低 RFID 标签的成本，并使其能够用于高端技术的供应链安全。 为了管理供应链，制造商经常考虑将 RFID 芯片连接到微处理器或片上系统 (SoC)。然而，RFID 芯片一直都有自己独立的模拟组件，包括电荷泵和电容器。 当今市场上的传统 RFID 芯片包含模拟和数字组件。然而，模拟前端本质上不是数字的，这会增加成本并占用芯片上的大量空间。 NC State 团队的设计方法消除了大部分模拟设置，使数字部分能够对直接接收的射频信号进行操作。

国际空间站 (ISS) 上的传感器，包括个人二氧化碳监测器，需要位置跟踪，以便将其时间戳数据与位置信息相关联。基于视觉检查的数据标记对于跟踪许多传感器来说既昂贵又不切实际。一种廉价而有效的解决方案是利用这些传感器拥有的一个额外的测量设备。即他们的 WiFi 或蓝牙信号强度读数。 使用这些信号强度读数，该软件旨在为各个传感器单元及时提供大致位置信息。模块级 ISS Sensor Tracker (MIST) 项目的目的是为记录 WiFi 信号强度信息设置标准数据格式和协议，以便以后用于定位 ISS 上的传感器。谷歌和苹果拥有专有的定位服务解决方案，将 GPS 数据与 WiFi 强度读数相结合，

工程师们创造了一种微型无线植入物，可以实时测量皮肤深处的组织氧含量。该设备比普通瓢虫小，由超声波驱动，为创建各种小型传感器铺平了道路，这些传感器可以跟踪体内关键的生化标志物，如 pH 值或二氧化碳。这些传感器有朝一日可以为医生提供一种微创方法来监测功能器官和组织内的生化。 氧气是细胞从我们所吃的食物中获取能量的关键组成部分，身体中几乎所有的组织都需要稳定的供应才能生存。大多数测量组织氧合的方法只能提供有关身体表面附近发生的情况的信息。那是因为这些方法依赖于电磁波，例如红外线，它只能穿透几厘米进入皮肤或器官组织。虽然有些类型的磁共振成像可以提供有关深部组织氧合的信息，但它们需要较长的扫描时间，

越来越多的废弃电子设备要么不再工作，要么被丢弃以支持更新的型号。部分问题是电子设备难以回收。虽然铜、铝和钢的废料可以回收，但设备核心的硅芯片不能。 工程师们现在已经开发出一种完全可回收、功能齐全的晶体管，它由三种碳基墨水制成，可以很容易地打印在纸或其他柔性、环保的表面上。碳纳米管和石墨烯墨水分别用于半导体和导体。虽然这些材料对于印刷电子领域来说并不新鲜，但随着一种名为纳米纤维素的木材衍生绝缘介电油墨的开发，可回收利用的道路已经开启。 该团队开发了一种悬浮纳米纤维素晶体的方法，这种纳米纤维素晶体是从木纤维中提取的——撒上少许食盐——产生一种在印刷晶体管中作为绝缘体表现出色的墨水。该团队在室温

个性化医疗的承诺涉及一种简单的设备，可以让每个人了解自己的健康水平，甚至可以识别血液或唾液中的微量不良生物标志物，并作为疾病的早期预警系统。 开发了一种由超薄微型光学芯片组成的设备，当与标准 CMOS 相机结合并通过图像分析提供动力时，能够对样品中的生物分子一一计数并确定它们的位置。 该技术基于超表面——覆盖着数百万以特殊方式排列的纳米级元素的人造材料片。在一定的频率下，这些元素能够将光压缩到极小的体积中，从而产生超灵敏的光学“热点”。当光线照射在超表面上并击中这些热点之一的分子时，会立即检测到该分子；事实上，分子通过改变照射到它的光的波长来释放自己。 通过在超表面上使用不同颜色的光并每

科学家们已经展示了使用人工智能 (AI) 来加快从相干 X 射线散射数据重建图像的过程。传统的 X 射线成像技术（如医学 X 射线图像）在它们可以提供的细节量方面受到限制。这导致了相干 X 射线成像方法的发展，该方法能够以几纳米或更小的分辨率从材料深处提供图像。这些技术通过将光束从样品上衍射或散射到探测器上而无需透镜即可生成 X 射线图像。 这些探测器捕获的数据具有重建高保真图像所需的所有信息，计算科学家可以使用先进的算法来做到这一点。然后，这些图像可以帮助科学家设计更好的电池，制造更耐用的材料，并开发更好的药物和疾病治疗方法。 使用计算机从连贯的散射 X 射线数据中组装图像的过程称为 p