空间通信需要最灵敏的接收器以实现最大范围，同时还需要高比特率操作。已经开发了在接收器中使用几乎无噪声的光学前置放大器的基于激光束的通信的概念。自由空间光传输系统依赖于光放大器，与所有其他被称为相敏放大器（PSA）的现有光放大器相比，该光放大器原则上不会增加​​任何额外的噪声。 该概念展示了在每秒 10 吉比特的数据速率下，每个信息比特只有一个光子的接收器灵敏度。该方法可以扩展长距离空间通信链路的覆盖范围和数据速率，并可以消除深空任务中存在的数据返回瓶颈。 大幅提高未来高速链路的覆盖范围和信息速率将对卫星​​间通信和利用光探测和测距 (LiDAR) 进行地球监测产生重大影响。用于这种高速数据

NASA 约翰逊航天中心的创新者与 Oceaneering 和佛罗里达人类和机器认知研究所合作，开发了裂环扭矩传感器 (SRTS)，这是一种使用光学传感器测量位置、速度和扭矩的设备。旋转系统。 SRTS 是为 NASA 的 X1 机器人外骨骼设计的，这是一种太空中可穿戴运动机器，旨在为 NASA 宇航员在未来任务中提供腿部运动阻力。 X1 外骨骼在其皮带驱动系列弹性致动器 (SEA) 中实现了 SRTS，并提供比竞争设计更小、更轻的系统。 SRTS 可以使用两个光学传感器和一个定制设计的开口环而不是标准的双环测量旋转系统（例如执行器、电机、曲轴、转子等）的位置、速度和扭矩系统通常用于类似的

Spinoff 是 NASA 的年度出版物，主要介绍成功商业化的 NASA 技术。这种商业化促进了健康和医药、消费品、交通、公共安全、计算机技术和环境资源领域的产品和服务的开发 . 一副新的智能眼镜使用美国宇航局发明的一项技术来测量用户的脑电波并告诉他们他们的注意力有多好。该技术基于神经反馈——检测脑电波并向用户显示他们自己大脑活动的读数。通过练习，他们可以学会控制它。 在 1990 年代，一位在美国宇航局兰利研究中心从事飞行员培训的科学家想出了一种方法，可以将脑电波输出转化为注意力水平的特征。越来越多的飞行员的工作是由自动化程序完成的，研究人员开始担心，参与度较低的飞行员将难以保持专注。

一个团队开发并测试了一种用于环境传感的可拉伸、可穿戴的气体传感器。它将新开发的激光诱导石墨烯泡沫材料与独特形式的二硫化钼和还原氧化石墨烯纳米复合材料相结合。研究人员有兴趣了解气敏纳米复合材料的不同形态或形状如何影响材料检测极低浓度二氧化氮分子的灵敏度。为了改变形态，他们在一个容器中装满了磨得很细的盐晶体。 二氧化氮是车辆排放的有毒气体，在低浓度时会刺激肺部，在高浓度时会导致疾病和死亡。当研究人员向罐中添加二硫化钼和还原氧化石墨烯前体时，纳米复合材料在盐晶体之间的小空间中形成结构。他们尝试了各种不同尺寸的盐，并测试了传统叉指电极以及激光诱导石墨烯平台的灵敏度。当盐通过溶解在水中去除时，研究人员

阻抗匹配涂层用于吸收器应用，以将中远红外 (IR) 辐射耦合到悬浮在超薄介电膜上的超灵敏辐射热检测器。为了提供足够的响应度，辐射热检测器必须具有低热容量。此外，为了获得最佳的信噪比，需要对入射辐射进行光谱滤波。 吸收器涂层的传统方法容易老化，这会阻碍仪器的瞬态光学效率。此外，传统的吸收涂层具有高热容量，会影响低背景低温探测器的性能。传统的吸收涂层在短波长范围内也具有反应性，这相应地降低了它们的耦合效率。此外，一些薄膜吸收涂层具有极高的内应力，会导致介电膜破裂或弯曲。 由美国宇航局戈达德太空飞行中心开发的铌钛氮化物 (NbTiN) 薄膜涂层可以将光耦合到悬挂在超薄介电膜上的辐射热探测器。该涂

在包括人类在内的许多物种中，光是调节昼夜节律、季节周期和神经内分泌反应的主要刺激物。在过去的 20 年中，研究测试了使用光来治疗秋冬抑郁症（季节性情感障碍或 SAD）、非季节性抑郁症、睡眠障碍、月经功能障碍和饮食失调。此外，研究人员正在探索使用光来重新训练人类昼夜节律生理，以应对轮班工作或洲际航空旅行的挑战。 对光的昼夜节律反应取决于刺激强度、波长和传递时间。相位响应曲线 (PRC) 描述了光照引起的节律相对于昼夜节律的变化，并且在许多物种中，PRC 与光照具有相似性。 本发明涉及基于发现范围为425-505nm的峰值灵敏度来刺激或调节神经内分泌、昼夜节律和光神经系统的测光系统。它利用这种

使用称为 MXenes 的柔性、可拉伸和导电纳米材料制造，开发了超薄、无电池且可以无线传输数据的新型应变传感器。通过控制 MXenes 的表面纹理，研究人员能够控制各种软外骨骼的应变传感器的传感性能。开发的传感器设计原理将显着提高电子皮肤和软机器人的性能。 传感器可以像电子皮肤一样涂在机械臂上，以测量它们被拉伸时的细微运动。当沿着机械臂的关节放置时，传感器可以让系统准确了解机械臂的移动量以及它们相对于静止状态的当前位置。目前现成的应变传感器不具备执行此功能所需的精度和灵敏度。 可以很好地利用应变传感器的一个领域是精密制造，其中机械臂用于执行复杂的任务，例如制造微芯片等易碎产品。用于精密制造

高轨道卫星维修和行星科学任务面临着独特的挑战，包括恶劣的环境和长期的任务生活，再加上需要远程，高速，准确的测量值。传统系统面临将其他解决方案推向市场的高成本和有问题的可靠性。 NASA Goddard太空飞行中心开发了Kodiak 3D激光雷达系统，该系统由微机电系统（MEMS）束转向，高性能可重新配置计算以及对系统级集成的深入了解。 Kodiak 将 3D MEMS 扫描 LiDAR 与远程、窄视场 (FOV) 望远镜相结合，以产生灵活且功能强大的航天测距系统。还包括 SpaceCube 级别的处理能力，可承载各种算法，实现传感和六个自由度。 Kodiak LiDAR 提供低尺寸、重量和

美国宇航局戈达德太空飞行中心开发了一种可打印的纳米传感器，并在硅子板上使用 3D 打印技术开发了引线，该子板上可以连接到独立的前置放大器印刷电路板 (PCB)。该传感器包含一个石墨烯传感器阵列（印刷的 CNT 或 MoS2 也可以工作）和一个带有前置放大器电路的 PCB，该电路通过机械夹子连接到子板上并用引线键合在一起。传感器尺寸通常从微米到数百微米。这项创新提高了气体传感器的灵敏度，可以检测 ppb 级浓度（可能还有单分子）。 传感器使用基于二维材料的场效应晶体管来感测暴露于分析物的石墨烯通道的表面电位。当分析物分子吸附到传感器表面时，它们充当电子供体或受体，从而引起石墨烯中电阻的局部变化

一种称为磁弹性传感化学识别 (ChIMES) 的低成本传感器技术使用目标响应材料 (TRM) 作为磁弹性 (M-E) 传感器中的执行器（图 1）。 TRM 可以来自多种化学和生化化合物，具有多种选择性。对特定目标具有强亲和力的 TRM 可以单独使用，而具有分布式选择性的 TRM 可以通过人工神经网络或其他用于分析和解释的基于人工智能的工具形成阵列。磁弹性元件是具有高磁导率和极低矫顽力的非晶铁磁合金。当 TRM 遇到目标时，它会施加力来改变合金的磁性，这种方式可以通过励磁检测线圈组进行检测。 ChIMES 包括铁磁金属和与铁磁金属偶联的分子识别试剂。分子识别试剂可操作以在暴露于来自目标材料的

手机几乎可以做任何事情。使用这些设备，甚至可以确定啤酒的酒精含量或水果的成熟程度。目前用于化学分析的红外光谱仪通常重达数公斤，难以集成到手持设备中。 开发了一种大小约为 2 平方厘米的芯片，可用于以与传统光谱仪相同的方式分析红外光，该光谱仪将入射光分成两条路径，然后从两个镜子反射。反射光束重新组合并用光电探测器测量。移动其中一个镜子会产生一种干涉图案，可用于确定输入信号中不同波长的比例。由于化学物质会在红外光谱中产生特征性间隙，因此科学家可以使用所得图案来识别测试样品中存在哪些物质以及浓度。 新的微型光谱仪也采用了同样的原理。然而，在新设备中，入射光不再借助可移动反射镜进行分析。相反，它使

移动性的未来是电动汽车、卡车和飞机。但是，单一的电池设计无法为未来提供动力。甚至手机和笔记本电脑的电池也有不同的要求和不同的设计。未来几十年所需的电池必须根据其特定用途进行定制。这意味着要尽可能准确地了解每种电池内部发生的情况。 每个电池的工作原理相同：离子是带电荷的原子或分子，通过称为电解质的材料将电流从阳极带到阴极，然后再返回。但它们在这种物质中的精确运动，无论是液体还是固体，几十年来一直困扰着科学家。准确了解不同类型的离子如何在不同类型的电解质中移动将有助于研究人员弄清楚如何影响这种移动，从而制造出以最适合其特定用途的方式进行充电和放电的电池。 一组科学家已经展示了一种技术组合，可以

对于混合动力电动汽车和电动汽车 (EV) 中使用的锂离子 (Li-ion) 电池而言，暴露在水蒸气中是一个死刑判决。如果湿气进入电池并与电解液发生反应，就会产生酸。而且这种酸会产生放热反应，导致热失控——内部火灾。 灾难性的细胞损坏是最坏的情况，但任何允许酸侵入的细胞泄漏都是有问题的。气体分析仪器制造商 Inficon 的汽车市场销售经理 Thomas Parker 说：“如果包装中普遍存在酸泄漏，这既是保修问题，也是客户不满意的问题。 虽然今天使用测试气体和相关设备进行电池组泄漏检测很常见，但在电池级别发现泄漏是一项截然不同的任务。目前在电动汽车中使用三种主要类型的电池——圆柱形、棱柱形

当前版本的电池和超级电容器为可穿戴和可拉伸的健康监测和诊断设备提供动力，存在许多缺点，包括能量密度低和可拉伸性有限。 作为电池的替代品，微型超级电容器是一种储能设备，可以补充或替代可穿戴设备中的锂离子电池。微型超级电容器占地面积小，功率密度高，能够快速充放电；然而，在为可穿戴设备制造时，传统的微型超级电容器具有“三明治式”堆叠几何结构，与可穿戴电子设备结合时，柔韧性差、离子扩散距离长、集成过程复杂。 研究人员开发了替代设备架构和集成工艺，以促进微型超级电容器在可穿戴设备中的使用。他们发现，将微型超级电容器电池布置在蛇形的岛桥布局中，可以使结构在桥处拉伸和弯曲，同时减少微型超级电容器（岛）的

南加州大学 (USC) 的 Iraj Ershaghi 教授和一组研究人员找到了一种利用闲置油气井进行储能的方法——这是太阳能和风能发电的主要问题之一。 技术简介： 这个想法从何而来？ Iraj Ershaghi 教授： 这个国家的一个主要问题是如何处理大量已达到其生产寿命并不得不永久废弃的油气井。弃井是所有石油公司面临的主要问题。我说的是大公司——有时无力支付放弃成本的小型公司可能会宣布破产并走开。然后它变成了国家的责任，放弃的成本可能是巨大的。 加利福尼亚州目前有 37,000 多座井闲置，而在整个美国，您所说的超过 100 万座。我一直对废弃井的问题有些兴趣，并思考工程界可以做

任何制造设施最重要的方面之一是安全性——无论是保护机器还是数据。 技术简介 向提供网络和设施安全解决方案的公司的高管提出问题，以了解他们对网络安全、云、无线设备和保护远程劳动力等问题的看法 . 我们的参与者是 Siemens Digital Industries 的数字连接和电源部总经理 Mike Jabbour； RedSeal 首席技术官 Mike Lloyd； Radu Pavel，TechSolve 首席技术官兼总工程师；以及 Honeywell Connected Enterprise – 网络安全的高级网络安全策略师 Donovan Tindill。 技术简介： 由于 COV

物联网 (IoT)——以及更广泛意义上的第四次工业革命（工业 4.0）——是当今制造业无所不在的新范式，深刻地影响着制造商的运营或计划运营方式。提高整体设备效率 (OEE) 是一项关键的新 IoT 要求，而优化 OEE 需要在整个组织中获得准确、最新的数据，包括从质量实验室和直接从制造车间收集的测量和测试数据。 提高测量和检测数据收集的速度、数量和准确性至关重要，因为它提供了对提高效率和始终如一地制造高质量零件至关重要的强大洞察力。在获取/收集用于质量控制的精密测量数据方面，实现这些优势的最清晰途径来自无线和移动检索技术。 无线数据收集系统应该是可移动的，并且具有强大的加密和安全性，并且适

现代生活非常依赖移动电池供电的设备，这些设备影响着我们日常生活的方方面面，从电信设备到运输车辆。对高效且具有成本效益的电池的需求不断增加。传统电池一直备受关注，在全球变暖和废物积累意识日益增强的时代，生产必须符合可持续发展原则和流程。 纳米金刚石电池 (NDB) 是一种高功率、基于金刚石的 α、β 和中子伏打电池，可为众多应用提供终身绿色能源，并克服现有化学电池的局限性。 NDB 就像一个微型核发电机。 NDB 的电源是中级和高级放射性同位素，为安全起见，由多层合成金刚石屏蔽。能量通过称为非弹性散射的过程被钻石吸收，该过程用于发电。自充电过程将为任何设备或机器的整个生命周期充电，电池寿命长达

新加坡国立大学 (NUS) 的一个研究小组通过开发一系列新的纳米材料应变传感器，在提高工业机械臂的安全性和精度方面迈出了第一步，与现有技术相比，这些传感器在测量微小运动时的灵敏度提高了 10 倍. 这些新型应变传感器由称为 MXenes 的柔性、可拉伸和导电纳米材料制成，超薄、无电池，并且可以无线传输数据。凭借这些理想的特性，新型应变传感器具有广泛的应用潜力。 Chen Po-Yen 助理教授解释说：“传统应变传感器的性能一直受到传感材料性质的限制，因此用户针对特定应用定制传感器的选择有限。在这项工作中，我们开发了一种简单的策略来控制 MXenes 的表面纹理，这使我们能够控制各种软外骨骼

黑客可以通过发现关键晶体管在电路中的作用来在芯片上复制电路——但如果晶体管“类型”不可检测，则不能。普渡大学的工程师已经展示了一种方法来伪装哪个晶体管是哪个晶体管，方法是用一种叫做黑磷的片状材料制造它们。 逆向工程芯片是一种常见的做法——对于黑客和调查知识产权侵权的公司来说都是如此。研究人员还在开发无需实际触摸芯片即可对其进行逆向工程的 X 射线成像技术。 普渡大学研究人员证明的方法将在更基础的层面上提高安全性。芯片制造商如何选择使这种晶体管设计与其工艺兼容将决定这种安全级别的可用性。 芯片使用电路中的数百万个晶体管进行计算。当施加电压时，两种不同类型的晶体管——N 型和 P 型——执行