谁 今天的许多手术都是通过微创手术进行的，在这些手术中，会做一个小切口，然后将微型相机和手术工具穿过身体，以去除肿瘤并修复受损的组织和器官。虽然可以通过这种方式进行许多手术，但外科医生在密封内部伤口和撕裂时面临挑战。 什么 一种新的医用贴片可以折叠在微创手术工具周围，并通过气道、肠道和其他狭窄空间输送，以修补内伤。干燥时，贴片类似于可折叠的纸状薄膜。一旦它与湿组织或器官接触，它就会变成一种有弹性的凝胶——类似于隐形眼镜——并且可以粘在受伤的部位。胶带设计用于在暴露于细菌和体液时抵抗污染。随着时间的推移，贴片可以安全地生物降解掉。三层贴片包括由水凝胶材料制成的中间层生物粘合剂，该材料嵌入了称

制造设施从其自动化生产设备、状态监测设备以及其他传感器和系统中生成大量运营数据。随着公司越来越意识到这些资产的潜在价值，他们正在询问工业物联网 (IIoT) 计划如何帮助利用这些信息并创造有用的见解。但是，由于庞大的规模和复杂性，许多通过企业范围的大型项目来解决这个问题的尝试都未能达到预期。也许更好的方法是从源头的“小”数据开始，使用边缘计算、专注的应用程序和开放连接构建大数据。 数字化转型从来都不是一劳永逸的任务。但是承担一个太大的项目会很快破坏努力。仅仅连接许多不同的数据生产者可能很困难，但有效地传输、处理和存储这些数据——无论是在本地还是在云中——同样是一项艰巨的任务。因此，最成功的项

虽然光束控制系统多年来一直用于成像、显示和光捕获等应用，但它们需要笨重的机械镜，并且对振动过于敏感。紧凑型光学相控阵 (OPA) 通过改变光束的相位轮廓来改变光束的角度，对于许多新兴应用来说是一种很有前途的新技术。其中包括自动驾驶汽车上的超小型固态 LiDAR、更小更轻的 AR/VR 显示器、用于处理离子量子比特的大型俘获离子量子计算机以及光遗传学，这是一个使用光和基因工程进行研究的新兴研究领域大脑。 长距离、高性能 OPA 需要一个大的光束发射区域，其中密集地挤满了数千个主动相位控制、耗电的发光元件。迄今为止，这种用于激光雷达的大规模相控阵是不切实际的，因为当前使用的技术必须在无法维持的电

研究人员开发了一种称为量子级联激光器的高功率便携式设备，可以在实验室环境外产生太赫兹辐射。激光可用于精确定位皮肤癌和探测隐藏的爆炸物等应用。 到目前为止，产生足够强大的太赫兹辐射以执行实时成像和快速光谱测量需要远低于 200 开尔文（-100°F）或更低的温度。这些温度只能通过限制该技术在实验室环境中使用的笨重设备来实现。太赫兹量子级联激光器可以在高达 250 K (-10 °F) 的温度下工作，这意味着只需要一个紧凑的便携式冷却器。 这些激光器的长度只有几毫米，比人的头发还要细，是量子阱结构，具有精心定制的阱和势垒。在该结构中，电子“级联”下一种阶梯，在每一步都发射一个光粒子或光子。

汽车安全气囊的展开要归功于加速度计——一种检测速度突然变化的传感器。加速度计使火箭和飞机保持在正确的飞行路径上，为自动驾驶汽车提供导航，并旋转图像以使它们在手机和平​​板电脑上保持正面朝上，以及其他基本任务。 一组研究人员开发了一种毫米厚的加速度计，它使用激光而不是机械应变来产生信号。尽管其他一些加速度计也依赖于光，但新仪器的设计使测量过程更加简单，提供了更高的精度。它还可以在更大的频率范围内工作，并且经过了比类似设备更严格的测试。 光机械加速度计比最好的商业加速度计要精确得多，并且不需要进行耗时的定期校准过程。事实上，由于该仪器使用已知频率的激光来测量加速度，它最终可能作为便携式参考标

NASA 的兰利研究中心开发了一种全光相机，可以对二维（或在某些情况下为三维）空间信息和颜色进行成像，在最终图像中，每个像素都包含成像场景的光谱。 全光技术测量图像亮度以及光线的方向。这实现了新的成像功能，例如将获取的图像重新聚焦到不同的深度，并从稍微不同的角度查看相同的场景。作为成像高温计，该相机可以测量二维温度（可能还有发射率）分布。 该相机包含一个 470 × 360 微透镜阵列，每个微透镜在 14 × 14 像素阵列上生成图像。特定的颜色或光谱可以是连续的或任意确定的，并且可以轻松且廉价地修改。对收集的光谱进行修改可用于需要分析发射光以确定有关流动、物体或场景的定性或定量信息的不同

液晶（LCs）具有广泛可调的折射率，可用于抵消光学色散，从而扩大光的有效转换范围。 通常，调节从晶体发出的波长需要温度管理或角度调整以保持相位匹配。这些方法可能很慢并且需要多个晶体和复杂的机械调谐。此外，常用的光栅会导致波长转换效率低下。液晶消除了这些问题，实现了高效、快速、可调谐、非线性的波长转换。 这项创新利用了包覆在液晶中的非线性铌酸锂晶体。 LC 具有随电压变化的广泛可调的折射率。铌酸锂 (LiNbO3) 用作非线性平面波导，从可见光到中红外波长都是透明的。波导中的强限制允许更高的强度和有效的非线性转换，即使在相当低的功率水平下也是如此。 这种设置产生了有效的非线性波长转换，当泵

随着自动化行业朝着数字化转型的方向发展，一些人认为气动等成熟的制造技术可能会变得“过时”。然而，控制阀等气动技术不断发展，结合了传感器、工业网络接口、无线技术和复杂的数字控制功能，可以通过访问更智能、可操作的信息来显着改进自动化应用。 阀门控制技术不断发展 气动阀的控制和气缸位置传感器的监控最初是通过离散接线实现的：每个可编程逻辑控制器 (PLC) 输出单独连接到电磁阀线圈并单独触发，气缸上的位置传感器连接回 PLC 的输入卡. 随着插入式阀和歧管的创建，这演变成一种更实用的解决方案。与PLC输入/输出（I/O）卡的所有电磁阀连接都可以通过一根电缆实现。 随着自动化系统变得越来越复杂，现

许多微创手术依靠通过小切口插入体内的导管进行诊断测量和治疗干预。例如，医生通常使用这种基于导管的方法来绘制和治疗不规则心跳（心律失常），方法是定位并杀死或消融导致心律失常的心脏组织区域。 虽然广泛用于外科手术，但目前基于导管的方法有许多缺点。当今导管装置的刚性意味着它们不能很好地贴合柔软的生物组织，从而影响器官电生理信号的高保真映射。目前的设备一次只接触器官的一小部分，因此需要不断移动探头，从而延长医疗程序。目前的导管系统在它们可以执行的功能数量方面也受到限制，需要医生在一次消融手术中使用多个导管。 此外，长时间的手术——例如，定位和消融导致心律失常的组织——有可能使患者和医生都暴露在可能

每三个植入支架以保持阻塞动脉畅通并防止心脏病发作的人中，至少有一个人会出现再狭窄——由于斑块积聚或疤痕导致动脉再次变窄——这可能导致额外的并发症。 开发了一种“智能支架”，可以监测通过动脉的血流甚至是细微的变化，在其最早阶段检测到狭窄，并使早期诊断和治疗成为可能。对支架进行了修改以用作微型天线，并添加了一个持续跟踪血流的微型传感器。然后可以将数据无线发送到外部读取器，提供有关动脉状况的不断更新的信息。 该设备使用医用级不锈钢，外观与大多数商用支架相似。血管成形术就绪的智能支架无需修改即可使用当前的医疗程序植入。

研究人员开发了一种“数字生物标志物”，可以使用智能手机的内置摄像头检测糖尿病。该工具可以帮助识别糖尿病风险较高的人群，最终有助于降低未确诊糖尿病的患病率。 使用智能手机中已经包含的技术可以轻松部署的筛查工具可以迅速提高检测糖尿病的能力，包括传统医疗无法触及的人群。迄今为止，一直缺乏用于检测糖尿病的非侵入性和可广泛扩展的工具，这推动了该算法的发展。 在开发生物标志物时，研究人员假设智能手机摄像头可用于通过测量称为光电容积描记术 (PPG) 的信号来检测糖尿病引起的血管损伤，包括智能手表和健身追踪器在内的大多数移动设备都能够获取这些信号。研究人员使用手机手电筒和相机，通过捕捉每次心跳对应的指尖

一种新的自动驾驶汽车模型通过提前发现过去的故障（有时长达 7 秒）来从过去的故障中吸取教训。 对于自动驾驶汽车，未知或复杂的驾驶情况（如拥挤的十字路口）可能会通过自动安全措施或人工干预导致自动驾驶系统脱离。 来自慕尼黑工业大学 (TUM) 的人工智能模型使用了数千个现实生活中的交通情况——特别是记录的试驾脱离序列——作为预测未来故障的训练数据。 为了尽早预测故障，机器学习方法将传感器数据序列分类为失败或成功。 例如，如果系统发现了控制系统以前无法处理的新驾驶情况，则会提前警告驾驶员可能出现的危急情况。 TUM 开发的安全技术使用传感器和摄像头来捕捉周围环境，例如方向盘角度、路况、天气

宾夕法尼亚州立大学工程学院的 Saptarshi Das 教授表示，二维材料可用于制造比传统硅材料更小的高性能晶体管。他和他的团队进行了测试，以确定由二维材料制成的晶体管的技术可行性。 我们生活在一个由数据驱动的数字化和互联世界中，”达斯说。 “大数据需要更高的存储和处理能力。如果要存储或处理更多数据，则需要使用越来越多的晶体管。”换句话说，随着现代技术不断变得更加紧凑，晶体管也必须如此。 根据 Das 的说法，硅是一种已用于制造晶体管 6 年的 3D 材料，它的生产尺寸不能再小，这使得它在晶体管中的应用越来越具有挑战性。然而，过去的研究已经确定，作为替代方案，二维材料可以比目前实际使用的

TU Wien 的一个研究团队与来自中国和美国的团队合作，着手寻找最佳的导热体。他们终于在一种非常特殊的氮化钽中找到了他们正在寻找的东西——没有其他已知的金属材料具有更高的导热性。为了能够识别这种破纪录的材料，他们首先必须在原子水平上分析哪些过程在这种材料的热传导中起作用。 “基本上，热量在材料中传播的机制有两种，”TU Wien 材料化学研究所的 Georg Madsen 教授解释说。 “首先，通过穿过材料的电子，带走能量。这是良好电导体的主要机制。其次，通过声子，这是材料中的集体晶格振动。”原子移动，导致其他原子摆动。在较高温度下，通过这些振动传播的热传导通常是决定性的效果。 但是电子

与当今的硅技术相比，二维 (2D) 材料在为设备提供更小尺寸和扩展功能方面具有巨大潜力。但要利用这一潜力，我们必须能够将 2D 材料集成到半导体生产线中——这是出了名的困难步骤。瑞典和德国的一个石墨烯旗舰研究团队现在报告了一种新方法来完成这项工作。 将 2D 材料与硅或具有集成电子器件的基板集成提出了许多挑战。 Graphene Flagship Associate Member KTH 的研究员 Arne Quellmalz 说：“从特殊的生长基板转移到构建传感器或组件的最终基板总是有这个关键步骤。” “您可能希望将用于片上光学通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子设备结合起来，但这些材料的生

“探戈三角洲。达阵确认。在火星表面安全地坚持下去，准备开始寻找前世的迹象。”六年多来，火星进入、下降和着陆仪器 2 (MEDLI2) 团队一直在等待听到这些话。 NASA 的毅力号火星车于 2021 年 2 月 18 日成功着陆，开始了对这颗红色星球的机器人探索。 MEDLI2 是火星车保护壳上的关键技术之一，有助于记录航天器的进入、下降和着陆 (EDL)。所有 MEDLI2 数据都存储在 Perseverance 上，以便在成功着陆后传输到地球。 MEDLI2 的作用是在毅力号穿越地球大气层期间收集有关恶劣环境的关键数据。它包括三种类型的传感器——热电偶、热通量传感器和压力传感器——在进

浦项科技大学 (POSTECH) 的研究人员 创造了一个微型气体传感器，您可以像贴纸一样贴在眼镜或手套上。通过全息图显示，传感器立即通知用户检测到挥发性气体。 可穿戴技术有朝一日可以帮助防止与工厂有毒气体泄漏、锅炉一氧化碳泄漏或人孔清洁过程中有毒气体窒息有关的气体事故。 可穿戴式气体传感器的工作原理 300 x 300 µm 传感器由对有毒气体敏感的超表面和液晶 (LC) 单元组成。当检测到气体时，细胞的方向会发生变化，形成定制的警告。 全息图由超表面产生，通过控制光的折射率使可见物体消失。 液晶盒中液晶取向的改变使入射光的圆偏振从右向左反转。 然后，这种圆偏振光与超表面相互作用

石墨烯——一种在生物医学技术、电子学、复合材料、能源和传感器中应用的材料——被用于提高固体推进剂的燃烧率，这些固体推进剂用于为火箭和航天器提供燃料。 开发了用于制造和使用在高导电、高多孔石墨烯泡沫上负载固体燃料的组合物的方法，以提高负载固体燃料的燃烧速率。研究人员最大限度地提高了固体推进剂中常用的金属氧化物添加剂的催化作用，以促进分解。石墨烯泡沫结构即使在高温下也具有热稳定性，并且可以重复使用。开发的组合物显着提高了燃烧速率和可重复使用性。 石墨烯泡沫适用于固体推进剂，因为它超轻且多孔，这意味着它有许多孔，科学家可以在其中注入燃料以帮助点燃火箭发射。石墨烯泡沫具有 3D 互连结构，可提供更

研究人员开发了一种传感器和软件应用程序，以检测和避开无人机系统 (UAS) 附近的带电电力线。目标是为无人机提供足够的时间和距离来做出反应、避开电线并进行后续操作。 该方法使用独特的现场和 3D 传感器配置以及低功耗处理方法。这导致检测电源线并通知设备的自动驾驶仪以防止与电线发生碰撞。电力线产生的大磁场可以通过低功耗、低成本、无源电场和磁场传感器轻松检测到。这种方法允许配备传感器的 UAS 使用更小、功耗更低、成本更低的传感器来检测附近电力线的位置和坡印廷矢量（即定向能量通量密度）。这使得 UAS 可以自主避开或沿着检测到的电力线导航。 虽然使用雷达和/或光学传感器的现有导线检测和导线规避

光频域反射仪 (OFDR) 光纤传感被认为对许多领域的实时、同步、多点监测非常有益。干涉式光纤传感方法的一个关键弱点是它们容易受到来自外部影响的误差的影响，这些外部影响会在偏振激光中引入双折射。目前，可以通过主动偏振控制来缓解这种情况，但硬件成本很高，并且需要更多的组件，随着传感器数量的增加，这些组件的数量和成本都会增加。 OFDR 传感光纤沿其长度具有许多传感点，并且可以配置为同时测量许多事物，例如分布应变、温度和化学存在。非偏振 OFDR 在连接、组件、弯曲处，尤其是在恶劣环境因素会物理影响光纤晶体结构的传感光纤位置处，会出现激光极性失真。 开发了一种新的无源偏振光纤传感系统，无论传感