科学家研制出"不可能实现的"毫米波传感器

科学家研制出"不可能实现的"毫米波传感器加州大学戴维斯分校开发的毫米波雷达传感器原型能够测量极其微小的振动和运动，同时具有高能效和低成本的特点。资料来源：OmeedMomeni，加州大学戴维斯分校新型传感器采用了创新的毫米波雷达设计，能探测到比人类头发丝小一千倍的振动，以及小一百倍的目标位置变化，从而使其与世界上最精确的传感器相媲美。与同类产品不同的是，这种传感器只有芝麻粒大小，生产成本低廉，电池寿命长。电子与计算机工程系的OmeedMomeni教授及其实验室领导了这项工作。该项目由食品与农业研究基金会（FFAR）资助，旨在开发一种能够跟踪单株植物水分状况的低成本传感器。这种新型雷达是证明其可行性的必要垫脚石。这项研究成果最近发表在《电气和电子工程师学会固态电路杂志》（IEEEJournalofSolid-StateCircuits）上。毫米波是介于微波和红外线之间的电磁频率，范围在30到300千兆赫之间。它能实现快速通信网络（如5G），并因其短距离传感能力而备受青睐。但是，由于这些频率下的半导体功耗高、性能有限，因此很难使用。团队在第一年的传感器开发过程中遇到的主要问题是如何定位所需的信号源。由于噪音太大，当研究人员试图捕捉一片小叶子变薄的微妙信号时，他们的传感器被淹没了。莫梅尼说："这似乎真的不可能，因为我们所研究的噪声水平要求非常低，几乎没有信号源能够真正处理它。"他的团队指出，他们需要制造一种雷达芯片，其功能和精确度要比目前最先进的设计高出10倍--这似乎取决于未来数年后的技术进步。有时，你需要的只是一个从另一个角度解决问题的想法。王浩（HaoWang）是莫梅尼高速集成系统实验室的电气工程博士生，他在2021年毕业前参与了传感器项目。一天，王浩在与莫梅尼会面时突发灵感，想绕过技术限制：为什么不利用自身来消除噪音呢？从理论上讲，这将解决他们的传感器所面临的问题，而Wang正在为他的论文完成一个芯片设计，以实现这一目标。"这并不是凭空出现的全新概念，"王说。"这是以我们（莫梅尼实验室）多年来的研究积累为基础的，然后再进行更多的创新。"实验室迅速组装了一个原型来测试王的想法。第一次尝试就成功了。原型之所以成功，是因为它能让他们像处理一道简单的算术题一样处理传感器接收到的大量噪声，他们减去了不必要的噪声，同时保持了测量的灵敏度和数据的完整性。有了这项技术，毫米波传感器就能检测到所需的全部信息，而不会被噪声"淹没"。这一创新为传感器的高准确率提供了可能。王设计的芯片也易于生产，其独特的设计大大提高了毫米波传感器的能效。这些额外的进步可能会解决毫米波传感器面临的两个最重要的问题：高能耗和半导体晶体管在噪声、增益和输出功率方面的有限性能。随着团队对设计的不断完善和迭代，他们非常期待研究人员对其进行实验。除FFAR项目外，他们认为该技术还有望用于检测建筑物的结构完整性和改善虚拟现实，但他们相信该技术的潜力远远超出了他们的想象。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1395803.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1395803.htm

科学家介绍新型机翼气压传感器 灵感竟源于饮料杯盖上的小圆顶

科学家介绍新型机翼气压传感器灵感竟源于饮料杯盖上的小圆顶喜欢点饮料喝的朋友，应该不会对某些外卖店家的杯盖感到陌生。这种可弹出的盖上“小圆顶”，能够指示杯中的饮料种类。但是普渡大学和田纳西大学的科学家们却认为，类似的圆顶设计、也有助于无人机监测其机翼上的气压。据悉，自主固定翼无人机面临的一个问题，就是机载飞行计算机需要持续不断地处理来自多个传感器的数据。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1331145.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1331145.htm

更便宜、更快速：科学家打印出一种测量血液胆固醇的传感器设备

更便宜、更快速：科学家打印出一种测量血液胆固醇的传感器设备"目前使用比色法、色谱法和酶法进行胆固醇测定。然而，这些方法要么使用极具侵蚀性的试剂或复杂而昂贵的设备，要么--作为确定胆固醇水平的识别和敏感元素--使用酶--从生物体中提取的生物分子。例如，胆固醇氧化酶是由某些种类的细菌产生的。""另外，酶是天然的聚合物、蛋白质，因此，它们容易变性，需要一定的储存条件、温度和酸度制度。我们决定选择这种酶的非生物类似物，使胆固醇分析过程更便宜、更容易和更快。最实惠的选择之一是氯化铜，我们首先发现它对胆固醇高度敏感，"UrFU分析化学系的副教授AndreiOkhokhonin解释说。据AndreiOkhokhonin（图）说，这些芯片是在实验室里立即打印的。这项新技术只需要少量的血液来检测胆固醇水平。血液被放入一个含有乙腈的氯化铜溶液的分析芯片中。该芯片包括一个电极，该电极与一个提供分析结果的伏安分析器相耦合。新芯片分析胆固醇水平的能力还有一个好处，那就是包括带有分子印记的聚合物的磁性纳米粒子，这种聚合物可以选择性地吸收胆固醇，同时过滤掉血液中对血液成分很重要的其他物质。"需要分子印记聚合物来有效分离血液中的胆固醇和其他物质。在尝试了几种方案后，我们选择了乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂，乙烯基吡啶作为功能单体。"安德烈-奥霍霍宁强调说："在磁性纳米粒子表面合成的聚合物能有效地吸附胆固醇，因此我们实现了分析过程的高选择性，因为没有其他物质的干扰。"集成了该系统所有元素的微流控芯片是在一台3D打印机上打印的，这也促进了该设备的生产过程，使其更加快速。科学家们指出，他们进行的第一次测试不是在生物样本上，而是在模仿血清的模型溶液上。研究人员的下一阶段工作是在真实的血液样本上测试该系统。科学家们已经进行了几年的研究，以开发无酶传感器，用于确定葡萄糖、尿素、肌酐等生物重要物质的数量。体内含有的总胆固醇在正常范围内是一种重要的物质，没有它，身体的正常功能就不可能实现。在所有体液和组织中都可以找到一定量的胆固醇。胆固醇是细胞膜的一个强制性成分，它负责脂质生物层的有序性、紧凑性和稳定性。此外，它还参与调节细胞壁的通透性，决定哪些分子可以穿透细胞，哪些不能。血液中胆固醇的升高是一些疾病的症状，如动脉粥样硬化、遗传性疾病、慢性肾衰竭、肾病、高血压、肝病和胰腺疾病。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335535.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335535.htm

科学家研发出旨在帮助农民节约宝贵水资源的高科技土壤传感器

科学家研发出旨在帮助农民节约宝贵水资源的高科技土壤传感器其底端的湿度感应元件被一层被称为金属有机框架（MOF）的合成材料薄膜所覆盖。此前，MOF被用于水过滤器、碳捕获介质和疫苗等应用中，它有一个开放的笼状内部微结构，使它们能够吸收某些类型的分子。虽然KAUST团队尝试了各种MOF，但发现其中一种--称为Cr-soc-MOF-1--对水有特殊的亲和力，能在液体中捕获其自身重量的两倍。科学家们在一个廉价的电极微型传感器上涂上一层该材料的薄膜，然后将该传感器插入潮湿的土壤中。当薄膜开始从土壤中吸水时，水就取代了MOF中的一些空气，按比例改变其电容量。这种变化可以被微型传感器检测到，从而提供一个关于土壤湿度的电子读数。该装置被发现可以在黄土和粘土样本中工作，在后者中表现出大约8分钟的响应时间。现在的计划是利用该设备的更便携版本对该技术进行实际的现场测试。Salama教授说："我们预计基于MOF的土壤湿度传感器将推动下一代土壤湿度传感器技术，提供自动化和精确的灌溉系统。"关于这项研究的论文最近发表在ACS应用材料与界面杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348513.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348513.htm