紐約州立大學(xué)賓漢姆頓大學(xué)的研究人員開發(fā)出符合皮膚的皮膚電子設(shè)備，可以為用戶提供長期，高性能的實時傷口監(jiān)測?！拔覀冏罱K希望這些傳感器和工程成就可以幫助推進(jìn)醫(yī)療保健應(yīng)用，并在疾病進(jìn)展，傷口護(hù)理，一般健康，健身監(jiān)測等方面提供更好的定量理解，”賓厄姆頓大學(xué)博士生Matthew Brown說。
圖片來源：Matthew Brown
生物傳感器是一種分析裝置，它將生物成分與物理化學(xué)檢測器結(jié)合起來，觀察和分析化學(xué)物質(zhì)及其在體內(nèi)的反應(yīng)。傳統(tǒng)的生物傳感器技術(shù)雖然在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域取得了巨大進(jìn)步，但仍然存在克服和改進(jìn)的局限性，以增強其功能。賓厄姆頓大學(xué)親密生物綜合生物傳感器實驗室的研究人員開發(fā)了一種皮膚啟發(fā)的開放式網(wǎng)狀機電傳感器，能夠監(jiān)測皮膚上的乳酸和氧氣。
該團隊希望未來的研究能夠利用這種皮膚靈感的傳感器設(shè)計來整合更多的生物標(biāo)記物，并創(chuàng)造更多的多功能傳感器來幫助傷口愈合。他們希望看到這些傳感器被開發(fā)并入內(nèi)部器官，以增加對影響這些器官和人體的疾病的認(rèn)識。
超級快充鋰離子電池
2019年4月16日，倫斯勒理工學(xué)院在《Nature Communications》上發(fā)表的一項研究稱，能制造出可以在幾分鐘內(nèi)充滿電并仍保持高容量的鋰離子電池。這一發(fā)現(xiàn)有望改善消費電子產(chǎn)品、太陽能電網(wǎng)和電動汽車電池的性能。
圖片來源：倫斯勒理工學(xué)院
這一研究從傳統(tǒng)鋰離子電池的電極材料入手，用二硫化釩(VS2)取代鈷氧化物提高了性能。該材料擁有更高的能量密度，且導(dǎo)電性很強，從而擁有更快的充電速度。但也有一個非常大的挑戰(zhàn)——不穩(wěn)定性。
倫斯勒研究人員不僅確定了這種不穩(wěn)定性發(fā)生的原因，而且還開發(fā)了一種對抗這種不穩(wěn)定性的方法。團隊人員表示，鋰的插入導(dǎo)致了釩原子間距的不對稱，即所謂的佩爾斯畸變(Peierls畸變)，這是導(dǎo)致VS2薄片破裂的原因。發(fā)現(xiàn)在薄片上覆蓋一層納米二硫化鈦涂層(TiS2)（一種不會使Peierls變形的材料）可以穩(wěn)定VS2薄片，并改善它們在電池中的性能。
倫斯勒大學(xué)機械、航空航天和核工程教授、論文通訊作者Nikhil Koratkar認(rèn)為，這一發(fā)現(xiàn)在改善汽車、便攜式電子產(chǎn)品的電池以及太陽能存儲方面有多種應(yīng)用，不僅高容量是很重要的，而且提高充電速度也很有吸引力。
3D打印的柔性電路
近日，德國漢堡大學(xué)與德國電子同步加速器研究所（DESY）的合作開發(fā)了一項適合3D打印技術(shù)的工藝，它可以用于制造透明并具有機械柔性的電子電路。這些電子器件由銀納米線網(wǎng)絡(luò)組成，這些銀納米線可以懸浮地打印，并嵌入到各種柔性和透明塑料（聚合物）中。
2019年4月23日，漢堡大學(xué)托姆克·格勒（Tomke Glier）以及她的同事們在《Scientific Report》期刊上的報道稱：這項技術(shù)可以開啟新的應(yīng)用，例如打印發(fā)光二極管、太陽能電池或者具有集成電路的工具。目前，研究人員們正在演示他們的工藝在制造柔性電容以及其他產(chǎn)品方面的潛力。
在這篇論文中，研究人員們制造了一個柔性電容。格勒解釋道：“在實驗室中，我們展開了分層工藝中的單獨工作步驟，但是實際上他們之后會被完全轉(zhuǎn)移至3D打印機?！?
低成本自動駕駛
美國康奈爾大學(xué)的科研人員通過在車輛風(fēng)擋兩側(cè)的兩部低成本照相機實現(xiàn)了一種更簡單的物體探測方法，可用于自動駕駛車輛，探測精度可接近激光雷達(dá)(LiDAR)，但成本要低得多。研究人員發(fā)現(xiàn)通過分析鳥瞰圖而不是正視圖可以將物體的探測準(zhǔn)確度提高3倍以上，從而可以使立體相機成為LiDARC的低成本替代方案。
LiDAR傳感器使用激光測量物體的距離，從而創(chuàng)建車輛周圍環(huán)境的3D點圖。而立體攝像機像人眼一樣，依靠兩個視角來建立景深，一直被認(rèn)為不夠精確。康奈爾的科研人員仔細(xì)研究了立體相機的數(shù)據(jù)，驚奇地發(fā)現(xiàn)，他們的信息與LiDAR一樣精確。對于大多數(shù)自動駕駛汽車，由相機或傳感器獲得數(shù)據(jù)通常使用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，這些卷積網(wǎng)絡(luò)非常善于在標(biāo)準(zhǔn)的彩色照片中識別物體，但當(dāng)信息只來自于前向視角時，會在3D信息上產(chǎn)生扭曲，但切換到鳥瞰視角時精度可以提高3倍。
研究人員稱利用該方法，立體相機可作為低成本自動駕駛車輛物體識別的主要手段，或作為配置LiDAR的高端車輛的備份手段。該研究得到了美國國家科學(xué)基金、美國海軍研究辦公室、以及比爾和梅琳達(dá)蓋茨基金的資助。
身體內(nèi)的自主導(dǎo)航機器人
波士頓兒童醫(yī)院的生物工程師在《科學(xué)·機器人學(xué)》雜志上發(fā)表報告稱，他們研發(fā)出一種可以在跳動心臟周圍自主導(dǎo)航的微型醫(yī)療機器人，從而能幫助外科醫(yī)生完成復(fù)雜的心臟手術(shù)。
論文作者之一的美國波士頓兒童醫(yī)院兒科心臟生物工程主任皮埃爾·杜邦說，這是他所知的首個可在體內(nèi)自主導(dǎo)航找到目標(biāo)位置的醫(yī)療機器人。機器導(dǎo)管能在充滿血液的跳動心臟中抵達(dá)毫米級的目標(biāo)，表現(xiàn)相當(dāng)出色。
圖片來源：ScienceRobotics
這個機器人裝有觸覺傳感器，頂端裝有微型相機，還可像昆蟲觸角或老鼠胡須一樣不斷“取樣”，可利用機器學(xué)習(xí)和圖像處理技術(shù)，在“陌生”的黑暗環(huán)境中識別所接觸的組織類型、所處位置，判斷行進(jìn)方向。
研究人員說，這種機器人有助于緩解醫(yī)生疲勞，讓醫(yī)生把精力放在更復(fù)雜的手術(shù)操作上。研究人員希望，未來開展全球合作，匯集數(shù)據(jù)，不斷對算法進(jìn)行訓(xùn)練，使醫(yī)療機器人變得更加聰明。
更懂你的假肢
弗吉尼亞理工大學(xué)的團隊前不久已經(jīng)采用將電子傳感器與個性化3D打印假肢相結(jié)合的方式帶來更實惠的電動假肢。隨著增材制造的增長，可以從開源數(shù)據(jù)庫中找到的模型進(jìn)行3D打印。但這些模型缺乏個性化的電子用戶界面
該大學(xué)的研究人員表示，通過在假肢和佩戴者組織之間的交叉處集成電子傳感器，他們可以收集與假肢功能和舒適度相關(guān)的信息，例如穿戴者組織的壓力，這可以幫助改善這些類型假肢的進(jìn)一步升級。
圖片來源：journals.plos.org
為了開發(fā)與電子傳感器集成的假肢，研究人員開始使用3D掃描數(shù)據(jù)，在這種情況下是青少年肢體的模型就是一個例子。然后他們使用3D掃描數(shù)據(jù)，利用共形3D打印技術(shù)將傳感器集成到假體的合身腔體中。
人工智能訓(xùn)練小提琴手
一篇發(fā)表在《Frontiers in Psychology》中的論文稱，能夠非常精準(zhǔn)的捕捉小提琴手的演奏動作和手勢細(xì)節(jié)。
該系統(tǒng)由西班牙龐培法布拉大學(xué)的科學(xué)家創(chuàng)建，使用手勢識別Myo臂章訓(xùn)練系統(tǒng)，以追蹤專業(yè)小提琴手的右臂動作，因為其使用了Détaché、Martelé、Spiccato、Ricochet、Sautillé、Staccato和Bariolage等弓法。此外演奏的音頻將同時被錄制。
基于機器學(xué)習(xí)的算法將手臂運動與相應(yīng)的音頻進(jìn)行比較，確定在每種弓法中哪些運動產(chǎn)生哪些聲音。當(dāng)系統(tǒng)隨后負(fù)責(zé)識別小提琴手正在使用的弓法時，其準(zhǔn)確率超過94％。
現(xiàn)在研究人員希望，一旦進(jìn)一步發(fā)展，該技術(shù)可用于為學(xué)生提供實時反饋，向他們展示他們的持琴姿勢與專業(yè)人員有何不同。
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