太赫兹通信技术迎来新突破 为开启6G的未来奠定基础

太赫兹通信技术迎来新突破 为开启6G的未来奠定基础 太赫兹频率电磁波为通信、扫描和成像技术的进步带来了巨大的希望。然而，利用它们的潜力却障碍重重。东北大学的一个研究小组取得了突破性进展，专门针对太赫兹频谱创建了一种新型可调滤波器。他们的研究成果发表在《光学快报》（Optics Letters）杂志上。太赫兹波属于电磁波谱中介于微波和红外线频率之间的一个区域。太赫兹波比无线电波频率高（波长短），但比可见光频率低。日益拥挤的无线电波频谱承载着 WiFi、蓝牙和当前移动电话（手机）通信系统传输的大量数据。所开发的可调滤波器的概念示意图。(a) 滤波器的横截面图；(b) 周期与折射率之间的关系；(c) 折射率变化引起的频率偏移。资料来源：Ying Huang 等人电磁频谱低频部分的信号拥塞是探索太赫兹区域的一个诱因。另一个原因是太赫兹具有支持超高数据传输速率的能力。不过，将太赫兹信号用于常规应用的一个关键挑战是，必须能够在特定频率上调整和过滤信号。需要进行滤波，以避免受到所需频段以外信号的干扰。太赫兹滤波技术的突破东北研究小组的 Yoshiaki Kanamori 说："我们构建并演示了太赫兹波频率可调滤波器，与传统系统相比，它实现了更高的传输速率和更好的信号质量，揭示了太赫兹无线通信的潜力。他补充说，这项工作还可以在太赫兹频段之外得到更广泛的应用。"机械折射率可变超材料。资料来源：Ying Huang et al.这种新型太赫兹滤波器基于一种名为法布里-珀罗干涉仪的装置，与所有干涉仪一样，它依赖于不同电磁辐射波在镜面间反弹时相互影响而产生的干涉图案。研究人员的版本使用结构精细的光栅作为镜面之间的材料，其间隙小于相互作用波的波长。光栅的可变拉伸允许对其折射率进行必要的精细控制，以调整干涉仪的滤波效果。这样就只能传输所需的频率。使用不同的光栅可以控制不同的选定频率范围。该团队已经展示了他们的系统在适用于下一代（6G）移动电话信号的频率上的应用。通过控制周期来调节折射率和频率。资料来源：Ying Huang et al.Kanamori说："除了我们的方法在通信系统中的应用外，我们还设想在医学和工业领域的扫描和成像技术中使用我们的方法。"太赫兹波在扫描和成像方面的一个优势是，它可以轻易穿透阻挡光线通过的材料，包括生物组织。除医疗应用外，这也为材料分析、安全系统和制造过程中的质量控制提供了机会。Kanamori总结说："总之，我们的工作提供了一种简单而经济有效的方法来过滤和主动控制太赫兹波，这将推动其在许多应用中的使用。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

未来太赫兹技术的意外之钥：气凝胶

未来太赫兹技术的意外之钥：气凝胶 气凝胶是用水溶液制造的，不需要复杂的制造程序，因此很有希望以低成本实现大规模可持续生产。太赫兹波段的波长介于电磁波谱中的微波和红外线之间。它的频率非常高。因此，许多研究人员认为，太赫兹波段在太空探索、安全技术和通信系统等方面具有巨大的应用潜力。在医学成像方面，太赫兹还可以替代 X 射线检查，因为太赫兹波可以穿过大多数非导电材料，而不会损坏任何组织。气凝胶可通过简单的化学修饰获得高疏水性。资料来源：Thor Balkhed然而，在太赫兹信号得到广泛应用之前，还有一些技术障碍需要克服。例如，难以有效地产生太赫兹辐射，需要能够接收和调节太赫兹波传输的材料。太赫兹波调制技术取得突破林雪平大学（Linköping University）的研究人员现已开发出一种材料，其对太赫兹信号的吸收可通过氧化还原反应开启或关闭。这种材料是一种气凝胶，是世界上最轻的固体材料之一。"它就像是太赫兹光的可调滤波器。在一种状态下，电磁信号不会被吸收，而在另一种状态下，则可以被吸收。"林雪平大学有机电子实验室（LOE）的博士后陈尚志说："这种特性对于来自太空的远距离信号或雷达信号非常有用。"有机电子学实验室研究员林雪平的研究人员使用导电聚合物 PEDOT:PSS 和纤维素来制造气凝胶。他们在设计气凝胶时还考虑到了户外应用。它既能防水（疏水），又能通过阳光加热自然解冻。与其他用于制造可调材料的材料相比，导电聚合物具有许多优势。除其他优点外，导电聚合物还具有生物相容性、耐用性和极强的可调谐性。可调谐性来自于改变材料中电荷密度的能力。与其他类似材料相比，纤维素的最大优点是生产成本相对较低，而且是一种可再生材料，这对于可持续应用至关重要。LOE 博士后匡朝阳说："太赫兹波在较宽频率范围内的传输可在约 13 % 到 91 % 之间调节，这是一个非常大的调制范围。" ... PC版： 手机版：

苹果的可拆卸电池标准未来有望彻底改变设备充电方式

苹果的可拆卸电池标准未来有望彻底改变设备充电方式 苹果公司上一款配备"用户可更换"电池的设备是 2009 年的 MacBook，这使得用户可以随意更换苹果移动计算设备上的电池以维持其运行的时间长达 15 年之久。使用内置式不可更换电池的并非只有苹果公司一家。尽管如此，由于其产品线中笔记本电脑和移动设备的数量众多，这意味着有数十种产品需要依靠定期充电来保持正常运行。消费者使用的传统电池都是标准化的，有 AA、C、D 和类似的通用名称。但是，不应期望消费者知道或了解可拆卸电池的标准。这项名为"电池充电系统和移动及配件设备"的专利申请展示了一种满足耗电设备需求的潜在解决方案。在专利中，苹果公司描述了包含电池芯的电池"外壳"的标准尺寸，以及不同制造商的不同设备检测和使用电池所需的传感器。在实践中，这可能是 USB-C 等协议的内部电池标准版，消费者可以拿起任何使用该技术的电池，并用它为设备供电。有了标准化的外壳和连接器，用户就可以在不同设备之间交换电池，并通过将它们连接到兼容的充电器轻松为设备供电。图中显示，互换电池在 iMac 中充电，并安装在手机、键盘和无线鼠标中。字母"C"和"D"似乎与现有的标准电池形状或尺寸无关，更多的是表示不同的电池尺寸可以针对不同的使用情况进行标准化。较小的电池用于手机，较大的电池用于键盘、iMac 等。在本图中，电池芯由一个典型的可充电电池组组成。外壳和端盖将其包围，并为通用充电提供标准化连接。有了电池盒和端盖，就可以使用各种电池组。该专利还描述了电池与充电站或主机之间的无线通信系统。它可以在监控和显示电池电量的同时实现无线充电，类似于AirPods电池在控制中心的显示方式。从专利法的术语来看，通用电池标准似乎不仅能为设备供电，还能为Mac或其他"主机"提供检查电池状态所需的信息。这可能与iPhone显示 AirPods 或AirTag 电池电量的方式类似，但适用于任何使用这种电池系统的设备。有了标准化的电池和充电器，苹果可能会取消为移动设备供电的 USB 电缆。如果可以更换电池，为什么还要连接到 USB-C 端口为其充电呢？与往常一样，这项专利申请指出的是正在开发的可能技术，而不是解决方案。不过，苹果对可更换电池标准的探索可能表明，它正在寻求改变设备的供电方式，并有可能主导可充电电池标准。这项专利延续了哈罗德-亚伦-卢德克（Harold Aaron Ludtke）之前的专利。自 2009 年苹果公司最终放弃可拆卸电池产品以来，Ludtke 也参与了该专利申请的多个版本。 ... PC版： 手机版：

NASA测试用于激光和无线电空间通信的混合天线

NASA测试用于激光和无线电空间通信的混合天线 自2024年10月13日发射机器人探测器以来，迄今为止，它已经达成了一些令人瞩目的成就。11月，DSOC成功地从1000万英里（约合1600万公里）的距离上传输了数据，相当于地球到月球距离的40倍。唯一的问题是，地球和 Psyche 之间的联系是通过第三方操纵的测试装置实现的。DSOC瞄准的是加利福尼亚州圣迭戈县加州理工学院帕洛玛天文台的黑尔望远镜，借助的是从加利福尼亚州赖特伍德附近JPL台山设施的光通信望远镜实验室发射的激光信标。"金石"无线电/激光混合实验天线 美国宇航局/JPL-加州理工学院这意味着它需要各种自动辅助设备，还要能够预测并锁定一个航天器的位置，而这个航天器距离我们非常遥远，信号覆盖这个距离需要 20 秒钟。这还意味着要占用两个非常昂贵的天文观测站，研究人员必须提前数年安排时间。因此，美国国家航空航天局（NASA）正在一个单独的项目中研究一种混合天线，这种天线可以安装在位于加利福尼亚州戈德斯通、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉的三个深空网络站中。激光收集器 美国宇航局/JPL-加州理工学院测试版本是一个 34 米（112 英尺）的射频-光学-混合天线，名为"深空站 13"，位于加利福尼亚州巴斯托附近的金石深空通信中心。为了进行测试，这个巨大的碟形天线被改装成七个超精密的分段反射镜，相当于一个 3.3 英尺（1 米）孔径的望远镜。这样就能捕捉到来自太空的激光束，并将其聚焦到一个接收器上，接收器是一个高曝光相机，连接在天线的副反射镜上，悬挂在碟形天线中心的上方。然后，信号通过光纤传送到一个低温冷却的半导体纳米线单光子探测器，将其提升到可读取的水平。据美国国家航空航天局称，该天线能够与"Psyche"号保持联系，并在去年年底建立了每秒 15.63 兆比特的下行链路，即在 2000 万英里（3200 万公里）的距离上以大约 40 倍的无线电速率传输。它还能够同时接收探测器的无线电信号。天文学家希望混合天线能够在相当于火星距地球最远点的距离，即 2.32 亿英里（3.74 亿千米）与 Psyche 保持联系。下一步将扩大光学镜面阵列的规模，使其相当于一个 26 英尺（8 米）长的望远镜，随后再对构成 DSN 的 14 个天线中的一些天线进行改装，以便同时收集高速激光信号和低速无线电通信信号。喷气推进实验室（JPL）通信地面系统副经理兼混合天线交付经理 Barzia Tehrani 说："几十年来，我们一直在为 DSN 遍布全球的巨型天线增加新的无线电频率，因此最可行的下一步就是增加光学频率。我们可以用一种资产同时做两件事；将我们的通信道路变成高速公路，节省时间、金钱和资源。" ... PC版： 手机版：

DARPA计划测试无人机飞行时通过功率波束进行无线充电

DARPA计划测试无人机飞行时通过功率波束进行无线充电 图中的 MQ9-Reaper（目前使用的是内燃机）在这一高度的飞行，简单地说明了 Ifana Mahbub 博士正试图利用动力光束技术克服的壮举你可能已经对无线充电技术有所了解；一些手机已经使用近场无线技术，通过低频电磁波在很短的距离内为电池充电。这看起来像是黑魔法，但实际上并不复杂。充电装置是一个产生电磁场的线圈，接收端（如手机中的线圈）捕捉电磁波，产生电流，然后输入电池。马赫布布和她的团队正在研究远场技术，以便将电磁波发送到更远的地方。具体来说，就是完全消除无人机返回基地（RTB）更换电池或充电的需要，这可能会浪费宝贵的时间和资源，更不用说可能会对手头的任务造成损害。如果您能在无人机飞行时为其电池充电，为什么还要召回它呢？Ifana Mahbub 博士使用 Millibox 检查天线的空中性能 得克萨斯大学，达拉斯最大的障碍之一是防止电磁波束在远距离散射和功率损耗。马赫布布想出了一个巧妙的办法，那就是使用相控阵天线；这是一个由发射器和较小天线组成的系统，用于引导电磁波束沿着特定路径前进。她所创造的技术利用无人驾驶飞行器的实时遥测数据，确保视距连接，以获得最大充电量。马赫布说："信号可能会向不希望的方向发展。我们的目标是设计波形，从而最大限度地减少路径损耗。"军用无人机，如中高空长航时（MALE）无人机，设计飞行高度为 25000 英尺（7620 米），而高空长航时（HALE）无人机通常在 50,000 英尺（15240 米）的高度飞行。战术无人机的飞行高度一般在 2000 英尺（610 米）到 5000 英尺（1524 米）之间。一架 MQ9-Reaper 无人机目前使用的是 950 轴马力（712 千瓦）涡轮螺旋桨发动机，但它在未来的使用中可能会采用 Ifana Mahbub 博士正在开发的动力光束技术，由电池供电。 通用原子能公司这项技术还有许多其他用途。想想电动汽车一边充电一边在高速公路上行驶的情景吧。马赫布布还在研究无线充电技术，该技术可以在低频、安全、FCC 批准的水平上使用，有可能为人体内的医疗植入物充电。在空中发送足以给小型飞机充电的电磁波听起来可能很可怕，但多年来我们一直在做类似的事情。无线电广播、电视广播、手机服务、雷达、Wi-Fi 甚至 GPS 都在使用电磁波。不过，充电时站在发射器和无人机之间可能不是明智之举。 ... PC版： 手机版：

彻底改变大脑健康：莱斯大学发明微型植入式脑刺激器

彻底改变大脑健康：莱斯大学发明微型植入式脑刺激器 莱斯大学的工程师们开发出了首个在人类患者身上起作用的微型脑刺激器。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学这种被称为"数字可编程过脑治疗器"（DOT）的设备可以为耐药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗带来革命性的变化，因为它提供了一种替代疗法，与目前基于神经刺激的疗法相比，它能为患者提供更大的自主性和可及性，与其他脑机接口（BCI）相比，它的侵入性更小。莱斯大学电气与计算机工程系和生物工程系教授罗宾逊说："在这篇论文中，我们展示了我们的设备，它只有豌豆大小，可以激活运动皮层，从而使患者移动他们的手。未来，我们可以将植入物放置在大脑的其他部位，比如前额叶皮层，我们希望它能改善抑郁症或其他疾病患者的执行功能"。现有的植入式脑刺激技术由相对较大的电池供电，这些电池需要放置在身体其他部位的皮下，并通过较长的导线与刺激装置相连。这种设计上的限制需要进行更多的手术，使患者承受更大的硬件植入负担、电线断裂或失效的风险，以及未来更换电池手术的需要。莱斯大学的雅各布-罗宾逊（Jacob Robinson）和他的研究团队开发出了最小的植入式脑刺激器，并在人类患者身上进行了演示，这将彻底改变抗药性抑郁症和其他精神或神经疾病的治疗方法。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学罗宾逊实验室的电气工程研究生、发表在《科学进展》（Science Advances）上的这项研究的第一作者约书亚-伍兹（Joshua Woods）解释说："我们通过使用外部发射器为设备无线供电，消除了对电池的需求。"莱斯大学应用物理学专业的前研究生、现就职于 Motif Neurotech 公司的阿曼达-辛格（Amanda Singer）也是该研究的第一作者。该技术依赖于一种能将磁场转换为电脉冲的材料。这种转换过程在小范围内非常有效，并且具有良好的错位容差，这意味着它不需要复杂或微小的操作来激活和控制。该设备的宽度为 9 毫米，可提供 14.5 伏电压的刺激。罗宾逊说："我们的植入物通过这种磁电效应获得全部能量。"罗宾逊是 Motif 公司的创始人兼首席执行官，Motif 公司是通过莱斯大学生物技术启动平台成立的一家初创公司，该公司正致力于将这种设备推向市场。Motif是几家神经技术公司之一，这些公司正在探索BCIs在彻底改变神经系统疾病治疗方法方面的潜力。罗宾逊说："神经刺激是实现精神健康领域疗法的关键，因为药物的副作用和缺乏疗效使许多人没有适当的治疗选择。"临床测试和未来方向研究人员在一名人类患者身上对该装置进行了临时测试，用它来刺激大脑运动皮层大脑中负责运动的部分并产生手部运动反应。接下来，他们在猪身上展示了该装置与大脑的稳定接口，持续时间为30天。伍兹说："这在以前是没有过的，因为要通过硬脑膜刺激大脑所需的信号质量和强度在以前是不可能的，这么小的植入物是不可能通过无线功率传输的。"罗宾逊设想在家中就能使用这项技术。医生会开出治疗处方，并提供设备使用指南，但患者仍可完全控制治疗方法："回到家中，病人戴上帽子或可穿戴设备，为植入物供电并与之通信，按下 iPhone 或智能手表上的'开始'按钮，然后植入物发出的电刺激将激活大脑内部的神经元网络。"植入手术需要进行 30 分钟的微创手术，将装置植入大脑上方的骨头中。植入物和切口几乎看不见，病人当天就可以回家。约书亚-伍兹（左起）、雅各布-罗宾逊和法蒂玛-阿尔拉什丹。图片来源：Jeff Fitlow/莱斯大学贝勒医学院神经外科教授兼研究副主席、麦克奈尔奖学金获得者、卡伦基金会捐赠主席谢斯说："心脏起搏器是心脏护理中非常常规的一部分。在神经和精神疾病方面，与之相对应的是脑深部刺激（DBS），这听起来很可怕，而且是侵入性的。深部脑刺激实际上是一种相当安全的手术，但它仍然是脑外科手术，它的可感知风险会给愿意接受它并可能从中受益的人数设定一个很低的上限。这就是这种技术的用武之地。在门诊手术中心做一个 30 分钟的小手术，只不过是皮肤手术，比起 DBS 更容易被接受。因此，如果我们能证明它与更具侵入性的替代疗法一样有效，那么这种疗法很可能会对心理健康产生更大的影响。"但对于抑郁症和强迫症等疾病，每天只需几分钟的刺激就足以使目标神经元网络的功能发生预期的变化。关于下一步计划，罗宾逊说，在研究方面，他"真正感兴趣的是创建植入物网络，以及创建可以刺激和记录的植入物，这样它们就可以根据你自己的大脑特征提供自适应的个性化疗法"。从治疗开发的角度来看，Motif Neurotech 公司正在寻求美国食品和药物管理局（FDA）的批准，以便在人体中进行长期临床试验。患者和护理人员可以登录Motif Neurotech 网站，了解这些试验的开始时间和地点。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：