谁 如今许多手术通过微创进行：小切口穿入微型摄像头和手术工具切除肿瘤、修复受损组织器官。虽许多手术可这样做，但外科医生在封合内部伤口和撕裂时面临挑战。 是什么 一种新医用贴片可折叠绕微创手术工具，经气道、肠道等狭窄空间递送至内部损伤处修补。干燥时贴片似可折叠纸状薄膜。一旦接触湿润组织器官，转化为弹性凝胶——类似隐形眼镜——并粘附损伤部位。胶带设计为暴露于细菌和体液时抗污染。随时间贴片可安全生物降解。三层贴片中层为水凝胶生物粘合剂，嵌入 NHS 酯化合物。底层为涂硅油材料，暂时润滑粘合剂防其在体内移动时粘到其他表面。顶层为嵌入两性离子聚合物的弹性体薄膜，即由正负离子组成的分子链，吸引周围水分子至

制造设施从自动化生产设备、状态监测装置及其他传感器系统产生海量运营数据。随着企业更觉察这些资产中蕴藏的潜力，他们询问工业物联网（IIoT）举措如何挖掘信息创造有用洞见。但许多企业级巨型项目因规模复杂而未达预期。或许更好方法是从源头的“小数据”起步，利用边缘计算、聚焦应用、开放连通构建大数据。 数字化转型非一蹴而就。但承担过大项目快使努力脱轨。仅连接众多数据生产者就很难，有效传输、处理、存储数据——在本地或云端——同样是巨大工程。因此最成功项目自底向上用机器级数据起步，而非自顶向下在企业级（图 1）。 聚焦特定挑战和资产能比收集所有数据试图无明确问题陈述下发现可能性带来即时回报。厂内人员可优先解

波束控向系统多年用于成像、显示、光学捕捉等，但需笨重机械镜且对振动过敏。紧凑光学相控阵（OPAs）通过改变光束相位分布改变光束角度，是许多新兴应用的有前途技术。包括自动驾驶车超小固态激光雷达、更小更轻 AR/VR 显示、大规模离子阱量子计算机寻址离子量子比特、光遗传学——利用光和基因工程研究大脑的新兴领域。 远距离高性能 OPAs 需大面积光束发射区密集封装数千主动相控、耗电、发光单元。迄今，此类大规模用于激光雷达的相控阵因现用技术需在不可接受的电功率水平运行而不切实际。 研究人员开发出低功耗波束控向平台，是非机械、稳健、可扩展的波束控向方法。团队演示了近红外低功耗大规模光学相控阵和蓝光波段片

研究人员开发出一种高功率、便携版量子级联激光器，可在实验室外产生太赫兹辐射。该激光器潜在应用包括精准定位皮肤癌和探测隐藏爆炸物。 迄今，产生足够实时成像和快速光谱测量的太赫兹辐射功率，需远低于 200 开尔文（-100°F）的温度。这只能靠笨重设备实现，将技术用途限于实验室。新太赫兹量子级联激光器可在高达 250 K（-10°F）温度下工作，意味着只需紧凑便携制冷器。 激光器长仅几毫米、比人发还细，是量子阱结构，拥有精心定制的阱和势垒。结构内电子沿“阶梯”级联下降，每级发射一个光子。 一项关键创新是将势垒高度加倍以防止电子泄漏，这在高温下倾向于增加。此前高势垒曾零星探索但结果不佳。研究者开发了

汽车安全气囊弹出靠加速度计——检测速度突变的传感器。加速度计让火箭飞机保持正确飞行路径、为自动驾驶车提供导航、让手机平板图像自动旋转正向，扮演诸多关键角色。 研究团队开发出一款厚度仅 1 毫米的加速度计，用激光光而非机械应变产生信号。虽有其他几款加速度计也依赖光，但新仪器设计使测量过程更直接，提供更高精度。还能在更宽频率范围工作，并比同类设备经过更严格测试。 光机械加速度计比最好的商用加速度计精确得多，无需耗时的定期校准。事实上，因仪器用已知频率激光测量加速度，最终可作为便携参考标准校准市场上其他加速度计，使其更精确。加速度计还有潜力改进军用飞机、卫星、潜艇等关键系统的惯性导航，特别是 GP

NASA 兰利研究中心开发出一种全光场相机，可成像二维（某些情况下三维）空间信息及颜色，最终图像中每个像素包含所成场景的光谱。 全光场技术测量图像亮度和光线方向。这实现新成像能力：将采集图像重新聚焦到不同深度，从略微不同视角观看同一场景。作为成像测温仪，相机可测量二维温度（可能还有发射率）分布。 相机包含 470×360 微透镜阵列，每个微透镜在 14×14 像素阵列上成像。特定颜色或光谱可连续或任意确定，易于廉价修改。采集光谱修改对不同应用有用，需分析发射光以确定流场、物体或场景的定性/定量信息。传感器可测量气体、液体、固体的流体、力学、热力学或结构属性。 NASA 正积极寻找授权商业化合作

液晶（LC）具有宽可调折射率，可用于抵消光学色散，从而延长光高效转换的波长范围。 通常，调节晶体发射波长需温度管理或角度调谐以维持相位匹配。这些方法慢且需多晶体和复杂机械调谐。此外，常用光栅导致波长转换效率低。液晶消除这些问题，实现高效、快速、可调的非线性波长转换。 此创新利用包覆液晶的非线性铌酸锂晶体。液晶折射率随电压宽范围可调。铌酸锂（LiNbO₃）作为非线性平面波导，从可见光到中红外波长透明。波导强限制允许更高强度，即使在相当低功率下也能高效非线性转换。 此装置产生高效非线性波长转换，使泵浦和信号波长在晶体中传播时相位匹配。此外，转换时间小于 100 微秒，支持 10 kHz 波长切换速

随着自动化产业迈向数字化转型，有人认为经过验证的制造技术如气动技术可能“过时”。然而，气动技术如控制阀持续演进，融合传感器、工业网络接口、无线技术和复杂数字控制功能，通过获取更智能、可执行的信息显著改善自动化应用。 阀控技术演进 气动阀控制和气缸位置传感器监控最初通过离散布线实现：每个可编程逻辑控制器（PLC）输出单独连线到电磁阀线圈并分别触发，气缸位置传感器接回 PLC 输入卡。 这演进为插拔式阀和歧管的更实用方案。所有电磁阀到 PLC 输入/输出（I/O）卡的连接可用单根电缆完成。 随着自动化系统日益复杂，现场总线（工业网络）通信连接更普遍。这意味着 PLC 不仅能控制阀，还能监控传感器和

许多微创手术依赖经小切口插入体内的导管进行诊断测量和治疗干预。医生如用此导管法定位并消融致心律失常的心脏组织区域，以绘图和治疗心律不齐（心律失常）。 虽广泛用于手术，当前导管法有诸多缺点。当今导管设备刚性强，不贴合柔软生物组织，影响器官电生理信号高保真测绘。现有设备一次仅接触器官一小部分需不断移动探头，延长手术时间。当前导管系统功能数量有限，单次消融手术需医生使用多根导管。 此外，长时间手术——如定位消融致心律失常组织——因医生依赖 X 射线图像引导导管，风险让医患暴露于潜在损伤 X 射线下。为解决这些问题，研究人员开发新类医疗器械，配备先进柔性电子系统，可显著改善多种心脏疾病诊断治疗。 研究

每三个植入支架保持动脉通畅预防心脏病发作的人中，至少有一人会经历再狭窄——因斑块堆积或瘢痕导致动脉再次狭窄——可能引发并发症。 开发了一种“智能支架”，监测动脉血流的细微变化，在最早期检测狭窄，使早期诊断和治疗成为可能。将支架改装为微型天线并添加微传感器，持续追踪血流。数据可无线发送给外部读取器，提供动脉状况的持续更新信息。 设备使用医用级不锈钢，外观似大多数商用支架。可随时血管成形的智能支架可用现有医疗程序植入，无需修改。

研究人员开发了一种“数字生物标志物”，利用智能手机内置摄像头检测糖尿病。该工具可帮助识别患糖尿病高风险人群，最终有助于降低未确诊糖尿病的患病率。 利用智能手机已有技术即可轻松部署的筛查工具，能迅速提高糖尿病检测能力，覆盖传统医疗难以触及的人群。迄今缺乏无创且广泛可扩展的糖尿病检测工具，推动了该算法开发。 开发生物标志物时，研究者假设智能手机摄像头可通过测量光电容积脉搏波（PPG）信号检测糖尿病导致的血管损伤，大多数移动设备包括智能手表和健身追踪器均可获取 PPG。研究者用手机手电筒和摄像头测量 PPG，捕捉指尖随每次心跳的颜色变化。 团队从 53,870 名使用 Azumio Instant

一种新的自动驾驶汽车模型通过提前发现过去的故障来学习，最早可提前 7 秒预测。 自动驾驶车辆面对未知或复杂驾驶情况（如拥挤路口），可能触发自动安全措施或人工干预，导致自动驾驶系统脱离。 慕尼黑工业大学（TUM）的人工智能模型利用数千真实交通情况——具体为测试驾驶记录的脱离序列——作为训练数据预测未来故障。 为尽早预测故障，机器学习方法将传感器数据序列分类为故障或成功。 若系统发现控制系统此前无法处理的新驾驶情况，会提前警告驾驶员可能出现临界状况。 TUM 开发的安全技术利用传感器和摄像头捕捉周围状况，如方向盘角度、路况、天气、能见度、速度。基于循环神经网络（RNN）和数千真实交通情况的 AI

宾夕法尼亚州立大学工程学院 Saptarshi Das 教授表示，二维材料可用于制造比传统硅晶体管更小、更高性能的晶体管。他和团队进行测试，确定 2D 材料晶体管的技术可行性。 “我们生活在数据驱动的数字互联世界，”Das 说。“大数据需要更大存储和处理能力。若想存储或处理更多数据，需要利用更多晶体管。”换言之，现代技术持续小型化，晶体管也必须跟进。 Das 称，用于制造晶体管六十年的三维材料硅，无法再做得更小，使其在晶体管应用中日益吃力。然而过往研究已确定，作为替代的 2D 材料可比当前硅技术薄 10 倍。 研究中，研究者利用金属有机化学气相沉积技术，从宾大 2D 晶体联盟 NSF 材料创

维也纳工业大学（TU Wien）研究团队与中国、美国团队合作，致力寻找最佳热导体。最终在一种特定形式的氮化钽中找到答案——无其他已知金属材料热导率更高。为识破这破纪录材料，他们首先分析此类材料原子层面热传导起作用的过程。 “基本上，热在材料中传播有两机制。”TU Wien 材料化学研究所 Georg Madsen 教授解释。“一是电子穿过材料带走能量。这是良导电体的主要机制。二是声子，即材料中的集体晶格振动。原子运动带动其他原子晃动。高温下，这些振动传播的热传导通常是决定性效应。” 但电子和晶格振动都无法完全无阻传播。各种过程减缓热能传播。电子和晶格振动可相互作用、散射、被材料缺陷阻挡。某些

二维（2D）材料有巨大潜力，能提供比当今硅技术更小尺寸、更多功能的器件。但要利用这潜力，必须将 2D 材料集成进半导体制造线——一个以难著称的步骤。瑞典和德国的 Graphene Flagship 研究团队现报告一种新方法使其可行。 将 2D 材料与硅或带集成电子的衬底集成面临诸多挑战。“总有这个关键步骤：从特殊生长衬底转移到构建传感器或元件的最终衬底。”Graphene Flagship 合作成员 KTH 研究员 Arne Quellmalz 说。“你可能想把用于片上光通信的石墨烯光电探测器与硅读出电子结合，但那些材料的生长温度太高，无法直接在器件衬底上进行。” 目前大多数将 2D 材料从

“ Tango delta. 着陆确认。毅力号安全着陆火星表面，准备开始寻找远古生命迹象。”火星进入、下降、着陆仪器 2（MEDLI2）团队等待这句口令整整六年多。 NASA“毅力号”火星车于 2021 年 2 月 18 日成功着陆，开启火星机器人探索。MEDLI2 是探测器防护气动外壳上的关键技术之一，帮助记录飞行器进大气层、下降、着陆（EDL）全过程。所有 MEDLI2 数据存储在毅力号上，着陆成功后传回地球。 MEDLI2 任务是收集毅力号穿越火星大气层时恶劣环境的关键数据。包含三类传感器——热电偶、热通量传感器、压力传感器——测量进入大气层时的极端热和压力。还包含电子硬件记录进入大气

韩国浦项科技大学（POSTECH）研究人员创造了一款微型气体传感器，可像贴纸一样贴在眼镜或手套上。配合全息显示，传感器立即在用户视野中显示挥发性气体检测警报。 该可穿戴技术未来可帮助预防工厂有毒气体泄漏、锅炉一氧化碳泄漏、人孔清理时有毒气体窒息等气体事故。 可穿戴气体传感器工作原理 300×300 µm 传感器由超表面和液晶（LC）单元组成，对有毒气体敏感。检测到气体时，液晶单元取向改变形成定制警告。 全息图由超表面产生，通过控制光折射率使可见物体消失。 液晶单元取向改变将入射光的圆偏振从右旋反转为左旋。 该圆偏振光与超表面相互作用，超表面设计为产生两个不同全息图——每种偏振对应一个。 “安

石墨烯——在生物医学、电子、复合材料、能源、传感器等领域有应用的材料——被用于提高火箭和航天器用固体推进剂的燃烧速率。 开发了制备和使用高导电、高孔隙石墨烯泡沫负载固体燃料的方法，以增强负载固体燃料的燃烧速率。研究人员最大化了固体推进剂中常用金属氧化物添加剂的催化效应以增强分解。石墨烯泡沫结构在高温下也热稳定，可重复使用。开发的配方提供显著改进的燃烧速率和可重复使用性。 石墨烯泡沫超轻且高孔隙，意味着有许多孔隙可注入燃料助推火箭点火。其 3D 互联结构提供高效热传输通路，热量快速扩散点燃推进剂。 技术提供更高性能，在高超声速等领域尤为重要。测试显示功能化石墨烯泡沫结构使燃烧速率增强 9 倍。

研究人员开发了传感器和软件应用，检测和规避无人航空系统（UAS）附近的带电输电线路。目标是给无人机足够时间和距离反应、避开导线、导航后续机动。 方法采用独特配置的场传感器和 3D 传感器结合低功耗处理方法。结果实现了检测输电线路并通知设备自动驾驶仪防止撞线。输电线路产生大场，易用低功耗、低成本、无源电场和磁场传感器检测。此法让配备传感器的 UAS 用更小、更低功耗、更低成本的传感器检测附近输电线路的位置和坡印廷矢量（定向能量通量密度），从而自主避开或沿检测到的输电线路导航。 现有基于雷达和/或光学传感器的线缆检测避障技术虽商业化成功，但昂贵、笨重、功耗大且有技术局限。检测算法将减小尺寸、重量、

光频域反射测量（OFDR）光纤传感已确立为多领域实时、同步、多点监测的高效手段。干涉式光纤传感方法的关键弱点是易受外部影响引入双折射，导致偏振激光光产生误差。目前可用主动偏振控制缓解，但硬件昂贵，且随传感器数量增加，所需组件数量和成本复合上升。 OFDR 感测光纤沿长度有多个感测点，可配置同步测量分布式应变、温度、化学物质等。非偏振 OFDR 在连接点、元件、弯曲处，特别是恶劣环境物理影响光纤晶体结构的感测光纤位置，会遭受激光偏振畸变。 新开发的被动偏振光纤传感系统，以极少的额外硬件开销实现与主动偏振系统同等效果，无论感测容量大小。该技术结合光学算法和商用组件，实现各种偏振态（双折射）识别，并