科研資訊

香港理工大學(xué)研發(fā)模仿人眼傳感器

香港理工大學(xué)與韓國延世大學(xué)的科學(xué)家共同研發(fā)的光傳感器能仿效甚至超越人類視網(wǎng)膜對不同亮度的適應(yīng)力，有望為未來無人駕駛車輛和工業(yè)用攝影機配備媲美人類的視力。這項研究刊載于《自然·電子學(xué)》（Nature Electronics）學(xué)刊。

全新仿生傳感器仿效人類眼睛能適應(yīng)不同亮度，就如肉眼可在極暗至極亮的照明條件下準確辨識各種物件。

香港理工大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)系副教授兼應(yīng)用科學(xué)及紡織學(xué)院助理院長柴揚博士介紹：“人的瞳孔有助調(diào)節(jié)進入眼睛的光線量，而適應(yīng)亮度則主要由視網(wǎng)膜細胞負責。”天然光強度的范圍廣達280分貝，而傳統(tǒng)矽基傳感器的適應(yīng)范圍僅有70分貝。柴博士團隊研發(fā)的新傳感器有效范圍則高達199分貝。研究團隊首先利用一種具獨特電學(xué)和光學(xué)特性的半導(dǎo)體二硫化鉬制成近乎原子厚度的雙層超薄膜，以此研制出用來探測光線的光電晶體管；再在雙層薄膜中引入“電荷陷阱態(tài)”，控制偵測光線的能力。

每一個仿生視覺傳感器均由這種光電晶體管的陣列組成。它們能模仿人類肉眼內(nèi)分別負責偵測暗光和強光的視桿和視錐細胞。因此，傳感器能在各種照明環(huán)境下偵測不同物件，也能因應(yīng)不同亮度進行轉(zhuǎn)換與適應(yīng)，范圍更勝人類眼睛。而應(yīng)用在光電晶體管的“電荷陷阱態(tài)”其實是固體晶體結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)或缺陷，用來限制電荷移動。

瑞典科學(xué)家研發(fā)納米傳感器可快速檢出殘留農(nóng)藥

瑞典卡羅林斯卡學(xué)院研究人員開發(fā)出一種微型傳感器，可在幾分鐘內(nèi)檢出水果上的農(nóng)藥。研究人員希望這些納米傳感器可幫助人們在食用前發(fā)現(xiàn)農(nóng)藥殘留。2022年4月16日，《先進科學(xué)》雜志的一篇論文描述了該項概念驗證技術(shù)。

新納米傳感器采用了表面增強拉曼散射（SERS）技術(shù)，可將金屬表面上生物分子的信號增強超過100萬倍。研究人員此次通過使用火焰噴涂（一種成熟且具有成本效益的金屬涂層沉積技術(shù)）創(chuàng)建了一種SERS納米傳感器，將銀納米粒子的小液滴輸送到玻璃表面?；鹧鎳娡吭诖竺娣e上快速生產(chǎn)均勻的SERS薄膜，消除了可擴展性的關(guān)鍵障礙之一。

研究人員微調(diào)了單個銀納米粒子之間的距離以提高它們的靈敏度。為了測試其檢測能力，他們在傳感器頂部涂上一層薄薄的示蹤染料，并使用光譜儀來揭示它們的分子指紋。研究表明，傳感器可靠且均勻地檢測到了分子信號，并且在2.5個月后再次測試時，其性能保持不變，證明了它們的耐用性和大規(guī)模生產(chǎn)的可行性。

為測試傳感器的實際應(yīng)用，研究人員對它們進行了校準，以檢測低濃度的對硫磷—乙基，這是一種在大多數(shù)國家被禁止或限制使用的有毒農(nóng)業(yè)殺蟲劑。研究人員將少量對硫磷—乙基放在蘋果上，隨后用棉簽收集殘留物，再將棉簽浸入溶液中以溶解農(nóng)藥分子。溶液滴在傳感器上后，傳感器可在5分鐘內(nèi)檢測到農(nóng)藥殘留。

研究人員希望進一步探索這種納米傳感器是否可應(yīng)用于其他領(lǐng)域，例如在資源有限的環(huán)境中發(fā)現(xiàn)特定疾病的生物標志物。

高精度原子器件用于探索超越標準模型的新物理

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)工程科學(xué)學(xué)院盛東教授與物理學(xué)院盧征天教授聯(lián)合課題組開發(fā)了高精度的氙同位素共磁力儀，并利用該原子器件探索超越標準模型的新物理，對核子與中子間的單極-偶極相互作用強度在亞毫米尺度上設(shè)定了新的上限。相關(guān)成果于2022年6月10日發(fā)表在《物理評論快報》上。

原子共磁力儀是一種既可以用來研究基礎(chǔ)物理又具有實際應(yīng)用價值的原子器件，它通過同時同地測量兩種原子的自旋進動信號來消除磁場波動和漂移的影響，從而精確測量器件本身的轉(zhuǎn)動，所以共磁力儀也是一種小型陀螺儀。

為了實現(xiàn)高精度測量，課題組開發(fā)了自主的原子器件制備技術(shù)，并對131Xe的進動頻譜提出了新的理論分析方法，同時也發(fā)展了極化調(diào)制手段來有效抑制極化堿金屬原子對核自旋進動的影響。基于這一系列技術(shù)，課題組利用積累了兩個月的測量數(shù)據(jù)，在0.11 ～ 0.55 mm的作用程范圍里對核子與中子單極-偶極相互作用強度設(shè)置了新的測量上限，特別是在作用程0.24 mm附近，本項工作的實驗精度比之前報道的結(jié)果提高了30倍。

歐洲研究團隊開發(fā)出可執(zhí)行星體表面探測任務(wù)的漫游機器人

歐空局、德國航空航天中心（DLR）聯(lián)合歐洲科學(xué)和產(chǎn)業(yè)機構(gòu)開發(fā)了一種允許在軌宇航員控制、可執(zhí)行行星表面探測任務(wù)的漫游機器人，并在國際空間站宇航員的控制下進行了地面實驗。

研究團隊為宇航員研發(fā)了一套沉浸式6自由度的控制界面。借助控制系統(tǒng)的觸力反饋功能，宇航員可體驗到在現(xiàn)場實際操控機器人的感覺，甚至包括感受它接觸到的巖石重量和抓取的附著力等。開發(fā)人員認為，機器人可在已知結(jié)構(gòu)化的環(huán)境中被賦予有限的自主權(quán)，但對于執(zhí)行空間探索性任務(wù)的系統(tǒng)來說，依然需要“人機交互”。該系統(tǒng)能夠彌補通信帶寬限制、光線不足或信號延遲等造成的控制問題，充分發(fā)揮人類的靈活性優(yōu)勢。機器人可精確執(zhí)行宇航員的指令。下一步，開發(fā)團隊還將與國際空間站配合，在意大利埃特納火山的斜坡上對該系統(tǒng)進行進一步應(yīng)用驗證，以更好地解決通信時延、失重條件下的人機配合等問題。