洞察宇宙高能粒子的革命性"新透镜"

洞察宇宙高能粒子的革命性"新透镜"浴室里的阵雨给我们带来了舒适，而来自太空的阵雨则给天体物理学家带来了欢乐。大阪都立大学的科学家们用他们新颖的方法观测到了宇宙射线的大范围气流，其精确度前所未有，为我们了解宇宙中能量最高的粒子打开了一扇新的大门。当高能宇宙射线与地球大气层碰撞时，会产生大量粒子，这就是所谓的大范围气雨。大阪都立大学大学院理学研究科和南部阳一郎理论物理研究所的藤井俊博副教授与研究生弗雷泽-布拉德菲尔德（FraserBradfield）领导的研究小组发现，安装在夏威夷莫纳凯亚火山（MaunaKea）顶上的斯巴鲁望远镜（SubaruTelescope）上的原焦宽视场照相机能够以极高的分辨率捕捉到这些大范围气流。斯巴鲁望远镜记录的宇宙射线大范围气雨的一个例子。突出显示的轨迹大多朝着相似的方向排列，显示了高能宇宙射线诱发的气雨粒子。资料来源：日本国家天文台，HyperSuprime-Cam(HSC)协作小组斯巴鲁望远镜是为观测天文学而设计的。宇宙射线在观测图像上以"轨迹"的形式出现，遮挡了目标恒星或星系，通常的天文数据处理方法会将其视为噪音。然而，该团队的研究重点正是这种"噪音"。通过分析2014年至2020年间拍摄的约17000张图像，研究小组找出了13张含有大量气流的图像。这些图像显示的粒子轨迹数量远远超过往常。藤井教授解释说："传统的观测方法很难区分构成大范围气流淋浴的粒子类型。而我们的方法则有可能确定单个粒子的性质。"他补充说："此外，通过将我们的方法与传统方法相结合，我们希望能加深对大范围气流的理解。这项技术可能使我们能够搜索暗物质或其他奇异粒子，为我们深入了解宇宙向物质主导时代的过渡提供更多信息。"他们的研究成果将于2023年10月12日发表在《科学报告》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389553.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389553.htm

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命

"电子蜘蛛丝"传感器：利用环保技术实现生物电子学革命研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。资料来源：剑桥大学这种方法由剑桥大学的研究人员开发，其灵感来自蜘蛛丝，蜘蛛丝可以粘附在各种表面上。这些"蜘蛛丝"还结合了生物电子学，因此可以在"网"上添加不同的传感功能。先进的传感器技术这种纤维比人的头发至少小50倍，重量非常轻，研究人员直接将其打印在蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。印在人的皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人体手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续的健康监测器。这种低废物、低排放的生命结构增强方法可用于从医疗保健和虚拟现实到电子纺织品和环境监测等一系列领域。今天（5月24日），《自然电子学》杂志报道了这一研究成果。研究人员开发出了一种制造自适应生态友好型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。这种比人类头发至少小50倍的纤维非常轻巧，研究人员可以直接将其打印到蒲公英蓬松的种子头上，而不会破坏其结构。资料来源：剑桥大学虽然人体皮肤非常敏感，但在皮肤上增加电子传感器可以从根本上改变我们与周围世界的互动方式。例如，直接印在皮肤上的传感器可用于持续健康监测、了解皮肤感觉，或在游戏或虚拟现实应用中改善"真实"感觉。可穿戴技术面临的挑战虽然嵌入传感器的可穿戴技术（如智能手表）已广泛普及，但这些设备可能会让人感到不舒服和碍眼。它们还会抑制皮肤的内在感觉。"如果你想准确地感知皮肤或树叶等生物表面上的任何东西，那么设备与表面之间的接口就至关重要，"领导这项研究的剑桥大学工程系教授黄艳艳（YanYanSheryHuang）说。"我们还希望生物电子器件对用户来说是完全不可感知的，这样它们就不会以任何方式干扰用户与世界的互动方式，而且我们希望它们是可持续的、低废料的。"研究人员开发出了一种制造自适应环保型传感器的方法，这种传感器可以直接且不易察觉地印在各种生物表面上，无论是手指还是花瓣。当印制在人体皮肤上时，纤维传感器会紧贴皮肤并暴露出汗孔，因此佩戴者不会察觉到它们的存在。对印制在人类手指上的纤维进行的测试表明，它们可用作连续健康监测器。资料来源：剑桥大学柔性电子产品的创新制造可穿戴传感器有多种方法，但这些方法都有缺点。例如，柔性电子元件通常印在塑料薄膜上，不允许气体或湿气通过，因此就像用保鲜膜包裹皮肤一样。其他研究人员最近开发出了可透气的柔性电子元件，就像人造皮肤一样，但这些元件仍然会干扰正常感觉，而且依赖于能源和废物密集型制造技术。三维打印是生物电子学的另一条潜在途径，因为它比其他生产方法浪费更少，但会产生较厚的装置，从而干扰正常行为。旋转电子纤维可制造出用户无法察觉的装置，但灵敏度和复杂程度不高，而且很难转移到相关物体上。现在，这个由剑桥大学领导的团队开发出了一种制造高性能生物电子器件的新方法，通过直接在各种生物表面（从指尖到蒲公英蓬松的种子头）上打印，这些电子器件可以定制。他们的技术灵感部分来源于蜘蛛，它们用最少的材料创造出适应环境的复杂而坚固的网状结构。研究人员用PEDOT:PSS（一种生物相容性导电聚合物）、透明质酸和聚氧化乙烯纺出了生物电子"蜘蛛丝"。这种高性能纤维是在室温下用水基溶液制成的，因此研究人员能够控制纤维的"可纺性"。随后，研究人员设计了一种轨道纺丝方法，使纤维能够变形为生物表面，甚至是指纹等微观结构。在人类手指和蒲公英种子头等表面对生物电子纤维进行的测试表明，这些纤维具有高质量的传感器性能，同时还不会被宿主察觉。论文第一作者AndyWang说："我们的纺丝方法可以让生物电子纤维在微观和宏观尺度上遵循不同形状的解剖结构，而无需任何图像识别。这为如何制造可持续电子器件和传感器开辟了一个完全不同的角度。这是一种更容易制造大面积传感器的方法。"未来方向和商业化大多数高分辨率传感器都是在工业洁净室中制造的，需要在多步骤、高能耗的制造过程中使用有毒化学品。而剑桥大学开发的传感器可以在任何地方制造，所耗费的能源仅为普通传感器的一小部分。生物电子纤维可以修复，在使用寿命结束后只需简单清洗即可，产生的废料不到一毫克：相比之下，一般一次洗衣产生的纤维废料在600至1500毫克之间。"利用我们简单的制造技术，我们几乎可以把传感器放在任何地方，并在需要的时候随时随地对它们进行维修，而不需要大型印刷机或集中的制造设施，"Huang说。"这些传感器可以在需要的地方按需制造，并且产生的废物和排放物极少。"研究人员表示，他们的设备可应用于健康监测、虚拟现实、精准农业和环境监测等领域。未来，还可以将其他功能材料融入到这种纤维打印方法中，建立集成纤维传感器，以增强生命系统的显示、计算和能量转换功能。在剑桥大学商业化部门"剑桥企业"的支持下，这项研究正在实现商业化。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1432214.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1432214.htm

革命性的相变纳米油墨：建筑物和汽车中高能效气候控制的未来

革命性的相变纳米油墨：建筑物和汽车中高能效气候控制的未来新的油墨使用纳米技术来控制日常环境中的温度。资料来源：墨尔本大学MohammadTaha博士世界首创的"相变油墨"可以改变我们加热和冷却建筑物、家庭和汽车的方式--实现复杂的"被动气候"控制--已经被开发出来，具有帮助减少能源使用和全球温室气体排放的巨大潜力。由MohammadTaha博士领导的发表在英国皇家化学会《材料化学》杂志上的新研究记录了概念验证的"相变油墨"，该油墨使用纳米技术来控制日常环境中的温度。它们通过根据周围环境调整能够通过它们的辐射量来实现这一目的。Taha博士说，这些油墨可以用来开发涂层，以实现被动的加热和冷却，减少我们依赖能源创造来调节温度的需要。"人类使用大量的能源来创造和维持舒适的环境--加热和冷却我们的建筑物、住宅、汽车，甚至是我们的身体，"Taha博士说。"我们不能再只关注从可再生资源中产生的能源来减少我们对环境的影响。随着气候变化的影响成为现实，我们还需要考虑减少我们的能源消耗，作为我们提出的能源解决方案的一部分。通过对我们的油墨进行工程设计，使其对周围环境作出反应，我们不仅减少了能源支出，而且还消除了对控制温度的辅助控制系统的需要，这是一种额外的能源浪费。"被动式气候控制将实现舒适的生活条件，而不会不必要地消耗能源。例如，为了在冬季提供舒适的供暖，应用于建筑外墙的油墨可以自动转变，以便在白天让更多的太阳辐射通过，并在夜间提供更多的保温措施以保持温暖。在夏天，它们可以形成一个屏障，阻挡来自太阳和周围环境的热辐射。多功能的"相变油墨"是一个概念验证，可以层压、喷涂或添加到涂料和建筑材料中。它们还可以被纳入衣服中，在极端环境中调节体温，或用于创建大规模、灵活和可穿戴的电子设备，如可弯曲的电路、照相机和探测器，以及气体和温度传感器。Taha博士说："我们的研究消除了以前对大规模廉价应用这些油墨的限制。这意味着现有的结构和建筑材料可以被改造。随着制造业的发展，这些油墨可以在5到10年内进入市场。通过与工业界的合作，我们可以扩大规模并将它们整合到现有的和新的技术中，作为解决世界气候变化能源挑战的整体方法的一部分。这种材料的潜力是巨大的，因为它可以用于许多不同的目的--比如防止笔记本电脑电子产品的热量积聚或汽车挡风玻璃上。但这种材料的好处是，我们可以调整它的吸热特性以适应我们的需要。目前，一种不同类型的相变材料已被用于制造智能玻璃，但我们的新材料意味着我们可以设计出更智能的砖块和涂料。这种新的纳米技术可以帮助改造现有的建筑物，使其更有效率。这对环境更有利，对未来也是可持续的"。这一突破是通过发现如何修改"相变材料"的主要成分之一--氧化钒（VO2）实现的。相变材料使用触发器，如热或电，以创造足够的能量，使材料在压力下自我转化。然而，相变材料以前需要被加热到非常高的温度，才能激活其'相变'特性。Taha博士说："我们利用我们对这些材料是如何组合在一起的理解来测试我们如何能够触发绝缘体到金属（IMT）的反应，在这种情况下，材料基本上作为一个开关，阻止热量超过一个特定的温度--接近室温（30-40oC）。下一步工作将涉及将墨尔本大学的专利研究推向生产。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1353257.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1353257.htm

革命性的可拉伸OLED显示屏可大范围弯曲和延展

革命性的可拉伸OLED显示屏可大范围弯曲和延展科学杂志《自然-材料》中描述的这种材料具有广泛的应用，从可穿戴电子设备和健康传感器到可折叠计算机屏幕。分子工程助理教授SihongWang说："我们今天使用的几乎每一个消费电子的最重要组成部分之一是显示屏，我们结合了许多不同领域的知识，创造了一种全新的显示技术。"他与分子工程Liew家族教授JuandePablo领导了这项研究。dePablo补充说："这是你需要的一类材料，最终能够开发出真正的柔性屏幕。这项工作确实是基础性的，我期望它能实现许多我们甚至还没有想到的技术。"大多数高端智能手机以及越来越多的电视上的显示屏都使用了OLED（有机发光二极管）技术，它将小的有机分子夹在导体之间。当电流被接通时，小分子会发出明亮的光。这种技术比老式的LED和LCD显示器更节能，并因其清晰的图像而受到称赞。然而，OLED的分子构件具有紧密的化学键和坚硬的结构。Wang说："目前用于这些最先进的OLED显示屏的材料非常脆；它们没有任何可伸展性。我们的目标是创造一种能够保持OLED的电致发光，但具有可伸展性的聚合物。"Wang和dePablo现在知道将可伸展性注入材料--具有可弯曲分子链的长聚合物需要什么，也知道有机材料非常有效地发光需要什么分子结构。他们着手创造新的聚合物，将这两种特性结合起来。"我们已经能够开发出感兴趣的新聚合物的原子模型，并且通过这些模型，我们模拟了当你拉动这些分子并试图使其弯曲时会发生什么，现在我们在分子水平上了解了这些特性，我们有了一个框架来设计新的材料，在这些材料中，灵活性和发光能力得到了优化。"掌握了对新型柔性电致发光聚合物的计算预测，他们制造了几个原型。正如模型预测的那样，这些材料是柔性的、可拉伸的、明亮的、耐用的和节能的。他们设计中的一个关键特征是使用"热激活延迟荧光"，这让材料以一种高效的方式将电能转化为光。这种第三代有机发射器的机制可以为材料提供与商业OLED技术同等的性能。研究人员之前已经开发了可拉伸的神经形态计算芯片，可以在一种灵活的创可贴上收集和分析健康数据。现在创造出可拉伸显示器的能力为他不断增长的下一代可穿戴电子产品的工具套件增添了光彩。他说，发光的可弯曲材料不仅可以用来显示信息，而且可以集成到需要光的可穿戴传感器中。例如，测量血液含氧量和心率的传感器通常通过血管照射光线来感知血流。可弯曲的发光材料最终也可以集成到可植入的设备中，比如那些用光来控制大脑中神经元活动的设备（这种所谓的光遗传学目前只用于动物实验，以更好地了解大脑和大脑疾病）。"我的总体梦想是为一个完整的可穿戴电子设备系统制造所有的基本组件，从传感到处理到显示信息，"Wang解释说。"拥有这种可拉伸的发光材料是朝着这个梦想迈出的又一步。"该团队正计划在未来开发新的显示器迭代，将更多的颜色整合到荧光中，并改进效率和性能，目标是最终达到与现有商业技术相同的性能水平。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359581.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359581.htm

AUKUS条约成员将目光投向革命性的量子卫星导航

AUKUS条约成员将目光投向革命性的量子卫星导航现代军用潜艇一旦潜入水下，就极难被发现。这不仅使潜艇成为战争武器，也使其成为和平武器，因为潜艇可以被派往不稳定地区展示武力，而不是直接挑衅。事实上，甚至根本不需要派遣潜艇就能达到同样的效果。然而，这种能力是有代价的。其中之一就是潜艇比水面舰艇更难航行。一旦潜入水下，潜艇就无法获得GPS信号，也无法看到太阳或星星，因此艇长只能使用陀螺罗盘和惯性制导系统进行离线运算，这些系统通过测量潜艇沿三个轴线的转向和加速度，自动计算出潜艇的航向和位置。这种系统行之有效，所有现代潜艇都在使用，但也非常有限。随着时间的推移，制导系统会不断积累误差，潜艇会越来越偏离航道，直到与应有的位置相差数英里。这意味着潜艇必须不时进入潜望镜深度以获得导航定位，这也使其容易被探测到。为了克服这一问题，Q-CTRL公司正在开发一种系统，利用量子传感器更精确地完成目前惯性制导系统所做的工作。该系统利用了量子传感技术，即利用量子力学的特殊性质，包括量子纠缠、量子干涉和量子态挤压。简单地说，这意味着量子导航系统可以利用单个原子的运动来精确确定潜艇的航向和位置，并保持极高的精确度。根据Q-CTRL公司的说法，这种系统每在水下运行1000小时，就有可能计算出水下1英里（1.6公里）以内的潜艇位置。这其中的一个关键因素是一个被称为"软件坚固性"的概念。量子传感的一个缺点是非常容易受到干扰，这会在计算中引入大量噪声，降低可靠性。但是，通过应用特殊的软件分析，可以对系统进行编程，以寻找目标信号并拒绝干扰。由于这项技术是根据AUKUS条约开发的，因此不仅澳大利亚可以使用，美国和英国也可以共享。Q-CTRL首席执行官兼创始人MichaelJ.Biercuk教授表示："从第一天起，我们就知道我们在量子控制方面的专业知识能够开启量子技术的全新应用，我们可以完全通过软件将量子计算机和量子传感器的性能提升几个数量级。现在，我们很高兴能将这些能力应用到澳大利亚的一项关键国防任务中。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1371287.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1371287.htm

NASA革命性的低温操作部署臂（COLDArm）将用于未来的月球任务

NASA革命性的低温操作部署臂（COLDArm）将用于未来的月球任务该机械臂是为月球着陆器设计的，它利用了火星直升机Ingenuity使用的技术，可以在极度寒冷的温度下执行各种任务，而不需要加热装置。其动作可以包括诸如舀取和分析月球土壤，部署仪器，以及捕捉着陆器周围的照片。目前月球着陆器的机械臂设计需要独立的加热器，以防止机械臂内的齿轮在暴露于月球夜里的极度寒冷的温度时产生压力和断裂。COLDArm的设计就包含了特殊的齿轮和电机控制器，可以在极端温度下运行，而不需要加热，因此，为任务节省了功率和质量。这个草图显示了COLDArm设计的月球登陆器。资料来源：美国宇航局，JPL-加州理工学院与凤凰号和洞察号的机器人手臂类似，COLDArm具有4个自由度级别（可移动的关节），大约6.5英尺（2米）长，可以产生大约10磅的力。嵌入在手臂"手腕"附近的一个传感器将测量和调节手臂在任何特定运动中所施加的力，以便在达到指示负荷时停止手臂，并保护手臂。该手臂将配备摄像头，用于三维测绘、月球表面成像和一般操作。COLDArm团队正在评估可能在手臂末端操作的各种附件和小型仪器，包括一个3D打印的钛勺，其特点是收集月球岩石的岩土特性。这包括与[email protected]"成为改变游戏规则的人"和向公众开放的"亲爱的，我缩小了有效载荷"挑战赛的获奖者合作，将他们的有效载荷仪器与COLDArm进行潜在的整合，以便将来进行演示。这一切会最终产生可以被编程为自主控制手臂的关节，以执行各种运动并收集图片和传感器数据。通过未来的软件发展，COLDArm的设备可以实现在海洋世界（如木星的卫星欧罗巴）的自主操作。COLDArm的齿轮正在大型金属玻璃齿轮项目下开发。在NASA小企业创新研究计划下，Motiv空间系统公司正在领导COLDArm的机械臂和电机控制器的设计和制造。展示这些技术将使未来的月球、火星和海洋世界的极端环境任务成为可能。今年9月，在喷气推进实验室的一个充满模拟月球上的破碎岩石和尘埃材料的测试床上，COLDArm成功完成了评估其收集材料属性数据能力的实验。现在，COLDArm已被送去完成每项任务所面临的类似太空条件的严格测试。它的目标是在2020年代末发射。 COLDArm项目由月面创新计划（LSII）资助，并由美国宇航局空间技术任务局的游戏改变发展（GCD）计划管理。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336441.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336441.htm