数百万蝗虫群飞越天空袭击农作物但个体蝗虫群内从不碰撞。工程师团队创建低功耗碰撞探测器模仿蝗虫规避响应，帮机器人、无人机、甚至自动驾驶汽车避免碰撞。 蝗虫用单个特化神经元——叶状体巨大运动探测器（LGMD）避免碰撞。神经元接收两不同信号。一是入侵蝗虫图像落在规避蝗虫眼上。入侵者越近图像越大、兴奋信号越强。另一输入是入侵蝗虫相对规避蝗虫角速度变化。因神经元两分支，蝗虫计算两输入变化意识到将碰撞，规避蝗虫改变方向。 研究者用单层钼硫化物作光电探测器开发紧凑纳米级碰撞探测器。将光电探测器置于可编程浮栅存储器架构顶部，仅用极少能量模仿蝗虫神经元响应。 蝗虫速度2-3英里/小时，百毫秒级决策改向。决策用非

研究者开发可穿戴技术隐藏佩戴者体热逃避夜视仪等热探测传感器，即使环境温度变化也能适应。技术仅几分钟适应温度变化，同时保持佩戴者舒适。 装置表面快速降温/升温匹配环境温度，伪装佩戴者体热。表面温度能在1分钟内从10°C到38°C（50-100.5°F）变化。同时内侧保持人体皮肤温度，佩戴舒适。无线装置可嵌入织物如护臂；进阶版可作夹克穿戴。 构建装置用相变材料，似蜡但性质更复杂。材料熔点30°C（约86°F），同人体皮肤表面温度。若装置外侧温度高于此，材料熔化稳定绝热佩戴者；若较冷，缓慢固化仍作绝热层。 技术核心：环境温度变化时能产生热/冷效应材料，及可嵌入衣物柔性电子。装置外层为热电合金——用电

以非破坏方式获取物体内部三维结构信息极具挑战。最常用方法是常规计算机断层扫描（CT），物体绕单轴旋转，或X射线源和探测器绕物体旋转。再用计算算法确定物体结构。这限制应用于物体及内部结构在扫描所需时间段内不变的情况。此外，分辨率由X射线源和探测器特性决定。 一种新型3D X射线成像仪结合两种不同硬件。第一是景深远小于被测物体的X射线光学器件。反射型Wolter X射线光学是此类设计之一。这些中空光学器件集光效率相对高，可设计大视场。景深——即沿成像方向特征可分辨的距离——对这些光学器件相对较小，通常远小于视场。这些光学器件广泛用于X射线天文学，部分用于X射线显微镜。 短景深常被视为设计缺点；但结

紧凑型高光谱条纹投影仪（HSP）结合HSP、单色传感器阵列和复杂编程，为用户提供物体形状和成分更完整图像。可实时从图像捕获四维信息——三维空间加一维光谱。 HSP借鉴便携3D成像技术——如智能手机Face ID系统、游戏系统体感追踪——并增加从每个捕获像素提取宽光谱数据的方法。压缩数据重建为带光谱信息的3D地图，可包含数百种颜色，不仅揭示物体形状，还揭示材料成分。 普通RGB（红绿蓝）相机仅提供三个光谱通道；高光谱相机提供多通道光谱。HSP同时编码深度和高光谱测量，允许使用单色相机代替同类系统中典型的昂贵高光谱相机。 HSP使用现成数字微镜器件（DMD）投射图案条纹，类似彩色条形码。白光投影经

谁 COVID-19易被无症状感染者传播。携带病毒者可能感觉良好，却将病毒带到工作场所、家人住所或公共聚会。能快速识别无症状感染者的居家测试可大幅减少暴露人数。 什么 RapidPlex测试结合多种数据与低成本传感器，通过少量唾液或血液快速分析，无需医疗专业人员参与，10分钟内完成居家COVID诊断并发送数据至用户手机。无线传感器检测血液、唾液、汗液中极低水平特定化合物。传感器由石墨烯制成——碳的片状形式。激光蚀刻塑料片生成具有微孔的3D石墨烯结构。微孔创造巨大表面积，使传感器灵敏度足以高精度检测极微量化合物。传感器中石墨烯结构与抗体偶联——免疫系统分子，对COVID病毒表面等特定蛋白敏感——

一种柔性、可穿戴、机器人上肢外骨骼服装被设计用于主动控制肩部和肘部，既能将肢体定位在特定方向，也能指令肢体进行期望运动。该发明旨在为神经损伤患者（如创伤性脑损伤、中风）提供有效的上肢运动康复。 得益于便携、兼容电池的设计，NASA的服装允许任务特定和高强度运动练习——康复的重要部分——在临床环境外（包括家庭）进行。除上肢运动康复，该技术还可用于人类性能增强，包括未来宇航服设计。 NASA的机器人设备“即插即用”——包含实现增强肢体运动所需的所有电子、驱动、软件和传感器。服装设计使人机接口将负载分布于躯干，最大化用户舒适度。穿脱简单，设备从头部套下，通过魔术贴绑带固定躯干，并有可调节定制手臂袖口

NIST的Andrei Kolmakov博士及研究团队开发出一种在液体中用电子束3D打印微型凝胶结构的方法——此前该方法仅限于固体。 Andrei Kolmakov博士：我们的项目之一是在非寻常环境下使用电子显微镜。电子显微镜通常在真空工作。但在电池、催化、半导体行业等许多过程中，你想观察高压气体或液体环境中的物体。电子显微镜难以做到，因为电子束穿透致密材料深度有限。 Tech Briefs： 是什么让你对这个项目感兴趣？ 作为研究一部分，我们在开发不同应用的电子成像技术。一次材料研究学会（MRS）会议上，我注意到一个生物相关展台，挤出式打印机通过挤出少量液态凝胶，经紫外光固化凝胶化打印水凝胶

过去二十年，国际空间站（ISS）宇航员以地球上无法实现的方式开展科学研究。空间站绕地球运行约250英里（400公里），是唯一可进行长期微重力研究的实验室。 20年来，空间站支持众多发现、科学创新、独特机遇和历史性突破。这些研究不仅助力深空探索，也造福地球生活。 以下是人类驻留空间站20年的重大科学突破。 基础疾病研究 阿尔茨海默病、帕金森病、癌症、哮喘、心脏病——若这些疾病影响你的生活，空间站研究也影响了你。微重力研究为科学家研究这些疾病提供新见解。无地球重力干扰，阿尔茨海默研究者可研究导致神经退行性疾病的蛋白质聚集。癌症研究者研究内皮细胞生长——它们供应体内血液，肿瘤赖此形成。空间站培养的细

电动直线执行器长期通过自动化重复、脏污、危险任务提供人体工程学效益。近期，车载智能集成将其人体工程学贡献提升新高。数字电机控制、位置反馈、同步、实时监测等智能功能，让自动化更易应用于改善工作场所舒适度、安全性和效率。 数字电机控制 传统执行器常依赖大型、功耗高的继电器或独立控制器实现伸缩、停止。利用车载电子管理功率，可将开关/触点电流从20A降至22mA以下，实现更简化、低成本系统设计。操作员可通过简单控制运行并改变执行器方向。 设想工人搬运超100磅部件、频繁伸展弯腰的工作场景。若工作台由配备低电平开关的执行器控制，每位用户可调整高度至最小弯伸程度，减轻疲劳并提升生产力（图1）。 传统执行器

从远程设备获取的监测数据对任何工业流程功能至关重要。通常由监控与数据采集（SCADA）控制系统通过以太网和TCP/IP网络在总线、星型或树型拓扑上处理。工业物联网（IIoT）系统常增强甚至替代这些传统系统，实现无线节点网络连接网关回传云端进行更复杂的数据处理和分析。无论有线无线，底层传感器为评估分析厂内设备提供数据支撑。 本文概述工业机器健康与资产监测应用，及常用传感器技术概览。 IIoT中的机器健康与资产监测应用 远程工业机器健康与资产监测应用跨越海量行业垂直领域，搭配多种传感器类型与无线协议，实现实时或准实时数据传输。传统SCADA架构中，传感器/执行器节点连接工业I/O模块——通常是可编

随着制造设施自动化程度提升，机器人扮演更重要角色。协作机器人等系统虽能辅助人类工人，但关于成本、安全等因素仍存诸多疑问。《Motion Design》就这些问题采访了机器人行业领袖专家组。 专家组成员包括：Festo SE首席技术官Frank Melzer博士；三菱电机自动化总裁兼CEO Scott Summerville；欧姆龙自动化美洲市场副总裁Mark Sadie；OnRobot CEO Enrico Krog Iversen；Universal Robots产品管理与市场副总裁Jim Lawton。 协作机器人如何改进？仍有哪些障碍？ Frank Melzer博士：协作机器人最初为辅助

一项新研究证实了洛斯阿拉莫斯国家实验室科学家开发的天然气泄漏检测工具取得成功，该工具利用传感器和机器学习定位油气田泄漏点，有望实现跨越庞大天然气基础设施的自动化、经济型采样。 “我们的自动化泄漏定位系统能快速发现气体泄漏，包括因基础设施老化导致的微小泄漏。与目前劳动密集、昂贵且缓慢的修复方法相比，它还能降低成本，”首席科学家Manvendra Dubey表示。“我们的传感器在检测甲烷和乙烷的灵敏度上超越了竞争技术。此外，我们的神经网络可与任何传感器耦合，这使我们的工具极具威力，将促进市场渗透。” 自主低成本快速泄漏检测系统（ALFaLDS）旨在发现甲烷这一强效温室气体的意外释放。系统基于实时甲

场效应晶体管（FET）是现代电子设备的核心构建模块，如集成电路、计算机CPU和显示器背板。有机场效应晶体管（OFET）相较于硅等无机材料，具有柔性优势。 凭借高灵敏度、机械柔性、生物相容性、性能可调及低制造成本，OFET在可穿戴电子、贴合式健康监测传感器、可弯曲显示器等新应用中潜力巨大。设想可卷曲的电视屏幕；贴身穿戴的智能电子设备和服装，可采集人体生命体征实时生物反馈；由无害有机材料制成的微型机器人可在体内进行疾病诊断、靶向给药、微创手术等医疗应用。 长期以来，OFET性能提升和量产的主要瓶颈在于微型化难度。目前市场上基于OFET的产品在柔性和耐用性方面受限。 香港大学机械工程系陈国梁博士领导

美国国家标准与技术研究院（NIST）的研究人员发明了一种微型超导温度计，具有广阔的应用前景，例如监测基于超导体的量子计算机中处理器芯片的温度，这类芯片必须保持极低温度才能正常工作。 该温度计可测量1开尔文以下（零下272.15°C/零下457.87°F）的温度，低至50毫开尔文（mK），甚至可能达到5 mK。与传统低温温度计相比，它体积更小、响应更快、使用更便捷，适用于芯片级设备，且可大规模生产。 这项技术源自NIST为望远镜相机定制的超导传感器。新温度计尺寸仅为2.5×1.15毫米，可嵌入或粘贴在另一个低温微波器件上，安装在芯片上即可测量其温度。研究人员利用该温度计演示了对超导微波放大器加热

诺丁汉大学研究人员破解用油墨3D打印新型电子器件难题，器件具实用特性如将光转化为电。研究显示可喷射含微小二维材料（如石墨烯）薄片油墨，构建并网状连接这些复杂定制结构不同层。 用量子力学建模，研究人员也精确指出电子如何穿过二维材料层，完全理解未来如何修改器件。 常被称“超级材料”，石墨烯2004年首创。展现许多独特性质：比钢强、高度柔性、有史以来最佳导电体。石墨烯等二维材料通常顺序剥离单层碳原子——平面片排列——再用生产定制结构。然而生产层并组合成复杂三明治材料困难，通常需费力逐层手工沉积。 “通过将量子物理基本概念与最先进工程结合，展示如何通过打印仅几原子厚但厘米宽材料层，制造控制电和光复杂

谁需要制造商传感器？华盛顿大学研究人员给无人机装上自然最优秀探测器之一：蛾触角。 “自然真把人造气味传感器甩在身后，”UW博士生Melanie Anderson ，称为“Smellicopter”飞行器首席研究员说。 “用实际蛾触角配合Smellicopter，我们获两全其美：生物体灵敏度在可控运动机器人平台上。” 活触角响应化学信号，让飞行器导航向特定气味。团队将触角传感器加到开源手持商用四旋翼 平台，加两后塑料鳍产生阻力保持无人机迎风朝向。 Anderson和同事选用烟蛾 作飞行机器人平台，将蛾放入冰箱麻醉后取下触角。触角取下后仍活性达4小时，冷藏可延长此时长，据UW发明者称。 在触角

不列颠哥伦比亚大学（UBC）奥肯纳根分校研究人员改进飞机结冰传感器实时响应。嵌入天线，增强传感器现能立即识别两类关键航空数据：冰积累和融化速率。 目前飞机结冰检测两种方式：老式目视检查，或阻抗感应。阻抗感应需沉积冰积累后融化才能检测。 UBC系统移除对目视确认依赖和感应冰积累需液态水需求，据首席研究员UBC助理教授Mohammad Zarifi称。 “这允许飞行员目视确定冰存在前远早检测，”Zarifi告诉《Tech Briefs》。 （下方视频看格伦研究中心用相机检查冰积累如何影响飞机发动机。） 通过将天线纳入传感器，UBC开发设备结果可实时共享给操作员处理积累。 微波传感器实为光学纳米结

毫米波频段表征微带超导薄膜若不经复杂薄膜制造工艺很难。表征含测量欧姆损耗，分辨率10100 ppm。 通常表征微带超导薄膜利用天线耦合测辐射热计作为超导薄膜结构一部分。测辐射热计测量温度依赖电阻材料加热产生的入射电磁辐射；但此过程不利因嵌入式探测器如测辐射热计使超导薄膜制造更难。此过程也需各种毫米波组件，进一步复杂化薄膜制造。此外，表征超导薄膜需定制设备且随制造工艺变化。 微带电路与材料表征系统可用矢量网络分析仪（VNA）测量毫米波频段超导薄膜欧姆损耗，VNA测量薄膜网络参数振幅相位特性。 系统含双端口波导结构。端口用于向超导薄膜传输接收毫米波功率。波导结构用于将波导特征阻抗变换为微带线阻抗，

NASA戈达德航天飞行中心负责测量大气臭氧工程师——重要污染物和温室气体——发现现有光学仪器不足满足性能要求。具体，当前系统不具备快速时间分辨率下低浓度测量所需精度。 他们开发技术利用腔增强吸收光谱（CEAS），以简单廉价光学电气设计克服限制实现高质量臭氧测量。用CEAS开发仪器灵敏度超商用仪器，匹配复杂化学发光仪器性能。 技术利用臭氧在紫外（UV）特定波长强吸收。测量时，紫外光投射通过高反射镜界定池。镜子诱导光在池内来回反射增加光程，增大池内臭氧吸收可能性。最后，池外对面紫外源探测器进行吸收测量。 此创新产生臭氧检测精度0.12 ppb（0.1秒积分）。对应10秒积分0.012 ppb。 N

新冠疫情改变室内空间使用方式，给管理者从家庭到办公室工厂带来挑战。其中不小挑战是供暖制冷——美国住宅商业建筑最大能耗。需要更智能灵活气候控制，让人舒适不加热制冷整栋空楼。 研究人员开发方案可提供更高效个性化舒适，完全消除墙装恒温器。人体感知自主恒温器（HEAT）将热成像相机与三维视频相机配对，通过追踪面部温度测量占用者冷热。再将温度数据输入预测模型，与占用者热偏好信息比较。HEAT确定让最多占用者舒适且最小能耗温度，实验室环境有效高效维持10名占用者舒适。 HEAT能测量舒适度无需用户佩戴检测设备，无需每人单独相机。有点像今联网学习恒温器。新安装时，占用者通过智能手机三点量表周期性反馈“太热