发光二极管（LED）在许多应用中都非常重要，而不仅仅是照明。这些光源在微电子学中也很有用。例如，智能手机可以使用 LED 接近传感器来确定您是否将手机靠近您的脸（在这种情况下屏幕会打开）。 LED 会向您的脸部发送光脉冲，手机中的计时器会测量该光反射回来所需的时间，从而衡量手机与您脸部的距离。 LED 还可方便地用于自动对焦相机中的距离测量和手势识别。 LED 的一个问题：很难用硅制造它们。这意味着 LED 传感器必须与其设备的硅基处理芯片分开制造，而且价格通常很高。但由于麻省理工学院电子研究实验室 (RLE) 的新研究，这种情况总有一天会改变。 研究人员已经制造出具有完全集成 LED 的

你是用巨型三坐标测量机来检测吗？ A 技术简介 读者询问行业专家是否应该改用激光雷达……或者只是在他们的“CMM”中添加激光。 对于希望确保按照要求的公差和规格制造组件的制造商而言，CMM 是少数选择之一。 在生产线上，您主要有两种计量选择：离线或在线。 离线计量工具 离线 CMM 使用臂、跟踪器和手动计量仪表来检查零件，例如车身底部组件和封闭件。 位于密歇根州布莱顿的激光雷达制造商 Nikon Metrology 的产品经理 Paul Lightowler 认为，三坐标测量机很有价值，但也有缺点，因为它们放置在异地。 “它们提供了良好的黄金标准，”Paul Lightowler

随着医院面临流行病并帮助越来越多的患者，他们找到了一个有价值的助手：机器人。 为什么是机器人？ 好吧，机器人不会生病。借助一组轮子、一个托盘和一些导航软件，机器人可以在不感染员工的情况下运送物资和运送食物。 如果机器人可以处理简单、重复性的任务，例如测量病人的体温或血压，医生和护士就可以腾出时间专注于其他关键任务。 在我们的这一集技术简介中 播客系列 Heres an Idea™，我们看看一组已经在帮助医院的机器人。 有“Tommy”，一种在意大利使用的技术，用于监控设备并记录患者的信息。 有“Spot”，一个四足、四摄像头的机器人，它随身携带平板电脑，这样人类医生就可以与某人远

欧洲航天局 (ESA) 和美国宇航局的太阳轨道器日光层成像仪 (SoloHI) 最近记录了一张图像，显示了四颗内部岩石行星中的三颗。图像捕捉到的不仅仅是当地社区；它还捕获了距离轨道器超过 17 亿英里（27 亿公里）的冰巨星天王星。 原始视频清楚地显示了当航天器和行星在其轨道上移动时，金星、地球和火星在恒星背景下移动。直到 ESA/NASA 将图像和视频发布到网上，世界各地的天体侦探才提出问题，天王星是否也被捕捉到了镜头中。 美国海军研究实验室 SoloHI 首席研究员 Robin Colaninno 博士说：“我们通常在 NRL 的其他靠近地球的太空仪器中观察到多个行星。” “我们确实使

近年来，人们对聚变作为一种安全、无碳、永远在线的能源的追求得到了加强，许多组织都在为技术演示和发电厂设计制定积极的时间表。新一代超导磁体是其中许多项目的关键推动力，这导致对传感器、控制装置和其他基础设施的需求不断增长，这些基础设施将使磁体能够在商业核聚变发电厂的恶劣条件下可靠运行。 由核科学与工程系 (NSE) 博士生 Erica Salazar 领导的一个合作小组最近在该领域向前迈出了一步，采用了一种很有前途的新方法，可以快速检测强大的高温超导 (HTS) 中的破坏性异常，淬火磁铁。当磁铁线圈的一部分从没有电阻的超导状态转变为正常电阻状态时，就会发生失超。这会导致大量电流流过线圈，并储存在

当 SpaceX 的 Crew Dragon 太空舱在其首次载人任务后于 8 月从佛罗里达海岸溅落时，里面的两名宇航员无法立即离开太空舱。外面的技术人员必须确认空气中没有来自肼的蒸气，肼是车辆的自燃推进器使用的一种剧毒燃料。现在，普渡大学的燃烧研究人员正在研究一种更安全、毒性更低的自燃推进剂，并使用一种涉及可见光和红外高速摄像机的新技术研究其爆炸反应。自燃是相互接触时会立即点燃的物质。 普渡大学 Alfred J. McAllister 机械工程教授、推进剂、炸药和烟火等高能材料专家史蒂文·森 (Steven Son) 说：“自爆自燃一直被使用到阿波罗时代和之前。” “它们可以在室温下储存，

当飞机过度向上转向时，升力的减少和阻力的增加可能会导致飞行器突然坠落。这种被称为失速的现象已促使许多无人机制造商在计划其车辆的自主飞行运动时过于谨慎。对于垂直起降 (VTOL) 的尾翼无人机，大多数制造商都会对飞机进行编程，使机身在从悬停过渡到前飞时非常缓慢地转动，反之亦然。 研究人员创建了一个轨迹规划器，可以显着缩短 VTOL 尾翼无人机完成这一关键过渡所需的时间。该轨迹规划器是为四旋翼双翼机尾翼设计的，用于测试新设计特征和研究基本空气动力学。 VTOL 尾随者在悬停和前飞之间转换时通常依赖基于启发式的方法，在这些方法中他们遵循非常缓慢但非常安全的一组预定动作。相比之下，轨迹规划器可以找

我们的身体会发出大量信号——化学物质、电脉冲、机械变化——这些信号可以提供大量关于我们健康的信息。但可以检测这些信号的电子传感器通常由易碎的无机材料制成，可防止它们在皮肤或体内拉伸和弯曲。最近的进展使可伸缩传感器成为可能，但它们的形状变化会影响产生的数据，许多传感器无法收集和处理人体最微弱的信号。 一种新的传感器设计采用了一种图案化材料，可优化晶体管之间的应变分布，创造出受变形影响较小的可拉伸电子器件。研究人员还使用该设计创建了几个电路元件，这可能会导致更多类型的可拉伸电子设备。 为了设计电子设备，研究人员使用了图案化的应变分布概念。在制造晶体管时，他们使用了由弹性体（一种弹性聚合物）制

谁 抗击 COVID-19 大流行和在全国范围内全面重新开放社区的主要障碍之一是大规模快速检测的可用性。了解谁被感染将为政策制定者和公民等提供有关病毒潜在传播和威胁的宝贵见解。 什么 想象一下，用拭子擦拭您的鼻孔，将拭子放入设备中，然后在 15 到 30 分钟内在您的手机上读取读数，告诉您您是否感染了 COVID-19 病毒。 Gladstone 研究所、加州大学伯克利分校和加州大学旧金山分校的科学家开发了一种诊断测试，借助智能手机摄像头，可以在 15 到 30 分钟内提供 COVID-19 阳性或阴性结果。该测试还可以估计病毒载量或样本中病毒颗粒的数量，这可以帮助医生监测 COVID

对于任何数字监控或自动化设备，控制器使用电子输入/输出 (I/O) 信号与物理传感器和输出设备交互。所有类型的设备都需要能够物理连接大量有线电信号并在功能上接口的 I/O 系统。这些系统提供从现场到控制器的无缝连接，并支持工业物联网 (IIoT) 计划。 根据应用，设计人员可以使用一台或多台 PC、嵌入式微控制器、可编程逻辑控制器 (PLC) 和/或其他组件来自动化他们的系统。如此多的控制器选择可能导致设计人员必须应用多种类型的 I/O 系统，从而增加设计工作、硬件成本和备件需求。幸运的是，有基于行业标准的远程 I/O 系统可供使用，使设备制造商能够保持设计一致性、简化工作并提高自动化灵活性

机械工程师和计算机科学家开发了一种 3D 打印技术，该技术使用类似于好莱坞电影中使用的动作捕捉技术，将电子传感器直接打印在正在扩张和收缩的器官上。 这项新研究是该团队成员两年前发现的下一代 3D 打印技术，可以直接在左右移动或旋转的手的皮肤上打印电子设备。新技术允许对肺或心脏等器官上的 3D 打印传感器进行更复杂的跟踪，这些器官会因扩张和收缩而改变形状或扭曲。 研究人员从一个类似气球的表面和一台专门的 3D 打印机开始。他们使用运动捕捉跟踪标记——很像那些用于在电影中创建特殊效果的标记——来帮助 3D 打印机调整其打印路径以适应表面上的膨胀和收缩运动。研究人员随后转移到实验室中人工充气的动

无人机的一个优势是，它们可以去人们无法进入的地方，这些地方可能过于危险，例如自然灾害后不稳定的结构或设备未爆炸的地区。 研究人员有兴趣开发能够通过嗅出空气中的化学物质来定位灾难幸存者、气体泄漏、爆炸物等来应对这些情况的设备。但大多数传感器不够灵敏或不够快，无法在飞过这些来源产生的不规则气味羽流时发现和处理特定气味。 一个团队开发了 Smellicopter，这是一种自主无人机，它使用飞蛾的活动天线来导航气味。它还可以在空中飞行时感知并避开障碍物。通过使用实际的飞蛾天线，研究人员能够获得两全其美：生物有机体在可以控制运动的机器人平台上的敏感性。 阅读与发明家的问答 威斯康星大学博士生 Me

安全官员的任务是防止犯罪分子将危险材料走私到一个国家；检测核物质既困难又昂贵。研究人员开发了基于低成本材料的新设备，以帮助检测和识别放射性同位素。 该团队使用钙钛矿晶体形式的溴化铅铯，为野外研究人员和超大型探测器制造了小型便携式设备中的高效探测器。 除了比典型设备成本更低之外，检测伽马射线的新方法还能够很好地区分不同能量的射线。此方法允许用户识别合法与非法的伽马射线。此类探测器对国家安全至关重要，用于探测跨境走私的非法核材料，并有助于核取证和医学诊断成像。 使用钙钛矿材料，该团队使用像素化探测器设计实现了伽马射线能量探测的高分辨率。在过去的研究中，该团队将新型铯铅溴化物探测器的性能与传

液体在太空中的表现不如在地球上。在航天器内部，微重力允许液体自由晃动和漂浮。这种行为使卫星中的燃料量难以确定，但新的原型燃料计可以提供解决方案。该仪表可以根据其电气特性以数字方式重新创建流体的 3D 形状。该设计可能会为卫星运营商提供可靠的测量结果，有助于防止卫星碰撞并使它们保持更长时间的运行。 让卫星的油箱干涸可能会使它在没有燃料的情况下滞留在原来的轨道上，以避免撞击其他卫星并产生危险的碎片云。为了减少碰撞的可能性，运营商节省最后几滴燃料，以将卫星喷射到距离正常运行的航天器数百公里的墓地轨道。然而，他们可能会在此过程中浪费燃料。 几十年来，测量太空燃料一直不是一门精确的科学。最常依赖的方

为数百架小型电池供电的无人机开发了一种方法，可以自动从军事任务返回到无人地面车辆 (UGV) 进行充电。正在开发算法，以便为多个小型无人驾驶空中和地面车辆团队进行路线规划。这将优化作战范围扩展和任务时间。 在部署成百上千个无人机系统 (UAS) 时，每个系统只有大约 26 分钟的时间利用当前的电池技术来执行飞行任务并在它们失去电池电力之前返回家园，这意味着它们全部可以想象同时返回更换电池。 例如，士兵在执行任务时需要携带几千个电池来促进这一点，这在后勤方面是不堪重负的。快速充电电池和无线电力传输技术的使用将允许多个小型 UAS 悬停在无人地面车辆周围进行无线充电，这将不需要士兵参与。 对

在医疗程序期间和之后监测患者状况的传感器可能很昂贵、不舒服，甚至是危险的。现在，一个国际研究团队设计了一种高度灵敏的柔性气体传感器，可以植入体内——在不再需要它之后，可以安全地生物降解成可被人体吸收的材料。 在一项研究中，宾夕法尼亚州立大学的研究人员报告说，他们设计了一种灵活的可植入传感器，可以监测体内各种形式的一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO2) 气体。监测这些类型的气体很重要，因为它们可能对人类健康起到有益或有害的作用。 例如，一氧化氮在人体中自然产生，对健康起着重要作用，因为它可以放松或扩大血管以增强血液流动，使氧气和营养物质在体内循环。另一方面，暴露于环境中的二氧化氮与慢性阻

在 2019 年的波音 737 Max 坠机事故中，从善后回收的黑匣子暗示，故障的压力传感器可能导致这架故障飞机急速俯冲。这一事件和其他事件引发了关于传感器选择、数量和放置以防止此类悲剧再次发生的更大争论。 德克萨斯 A&M 大学的研究人员现已开发出一个全面的数学框架，可以帮助工程师就使用哪些传感器以及它们必须放置在飞机和其他机器中的什么位置做出明智的决定。 Raktim Bhattacharya 教授说：“在任何控制系统的早期设计阶段，必须就使用哪些传感器以及将它们放置在何处做出关键决定，以便优化系统以测量某些感兴趣的物理量。” “通过我们的数学公式，工程师可以为模型提供需要感知的内容和

智能织物行业在消费者、医疗保健和国防领域的可穿戴设备中都有应用——从监测患者的生命体征，到跟踪战场上士兵的位置和健康状况，以及监测飞行员或驾驶员的疲劳程度。然而，具有内置传感、无线通信或健康监测技术的智能纺织品需要稳健可靠的能源解决方案。 当前的智能纺织品储能方法，例如将电池缝合到衣服中或使用电子纤维，可能很重并且存在容量问题。此类电子元件在与环境中的汗水或湿气接触时也会发生短路和机械故障。 开发了一种可扩展的方法，用于快速制造嵌入能量存储设备的纺织品。只需三分钟，该方法就可以生产出 10 × 10 厘米的智能纺织贴片，该贴片防水、可拉伸，并易于与能量收集技术集成。 该方法使石墨烯超级电

机器人的实时健康监测和传感能力需要软电子器件，但使用此类材料的挑战在于其可靠性。具有弹性和柔韧性使其性能的可重复性降低。可靠性的变化称为滞后。在接触力学理论的指导下，新加坡国立大学的一组研究人员提出了一种新的传感器材料，该材料的滞后明显减少。这种能力可以实现更准确的可穿戴健康技术和机器人传感。 当软材料用作压缩传感器时，它们通常会面临严重的滞后问题。软传感器的材料特性会在重复触摸之间发生变化，从而影响数据的可靠性。这使得每次都难以获得准确的读数，从而限制了传感器的可能应用。 NUS 团队的突破是发明了一种具有高灵敏度但几乎没有滞后性能的材料。他们开发了一种工艺，可以在一种叫做聚二甲基硅氧烷

这些天补丁似乎风靡一时。有避孕贴、尼古丁贴和透皮药贴，仅举几例。现在，东京大学工业科学研究所的一组研究人员开发了一块与纸质传感器相连的针头，用于诊断前驱糖尿病等疾病。幸运的是，这个贴片不会增加单个皮下注射针的疼痛和不适。事实上，这些微针是无痛且可生物降解的。 研究人员一直在尝试开发一种实用的方法来使用微针——长度小于 1 毫米的微小针头——进行常规的自助医疗监测。微针很短，以至于它们留在皮肤内，不与任何神经元接触，这意味着它们不会引起疼痛。他们不是抽取血液，而是在皮肤中抽取含有血液测试寻找的大部分重要生物标志物的液体。存在几种类型的微针，但直到现在，制造一种可以快速分析流体的实用设备被证明是