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“近零功耗射頻和傳感器工作”項(xiàng)目取得成果

美國(guó)科研人員近期研制了一種微型傳感器，可用于檢測(cè)熱排氣管、著火的木頭、乃至于人類的紅外波長(zhǎng)特征。這種傳感器將在長(zhǎng)達(dá)數(shù)年不消耗電池能量處于休眠和無(wú)人看管的情況下卻能時(shí)刻保持警覺(jué)。這種傳感器的檢測(cè)活動(dòng)一旦被激活就能發(fā)射信號(hào)，提醒戰(zhàn)士、消防員或其他人已經(jīng)檢測(cè)到感興趣的信號(hào)。這是一種情報(bào)、偵察與監(jiān)視技術(shù)，能夠在提高態(tài)勢(shì)感知能力的同時(shí)，最小化對(duì)替代舊電池維護(hù)任務(wù)的需求，以避免可能的危險(xiǎn)。

　　在2017年9月11日的“自然納米技術(shù)”雜志網(wǎng)站上，美國(guó)東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在電氣與計(jì)算機(jī)工程助理教授馬特里奧·納爾蒂(Matteo Rinaldi)的領(lǐng)導(dǎo)下，報(bào)告了利用被波士頓研究團(tuán)隊(duì)稱之為“等離子增強(qiáng)微機(jī)械光開關(guān)”的器件，實(shí)現(xiàn)了高難度的DARPA“近零功耗射頻和傳感器工作”(N-ZERO)項(xiàng)目。

　　DARPA微系統(tǒng)技術(shù)辦公室N-ZERO項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理特洛伊·奧爾森(Troy Olsson)表示：“東北大學(xué)研制的紅外傳感器技術(shù)的實(shí)際意義在于，當(dāng)要檢測(cè)的紅外線波長(zhǎng)不存在時(shí)，傳感器消耗的待機(jī)功率為零；當(dāng)要檢測(cè)的紅外線波長(zhǎng)出現(xiàn)時(shí)，來(lái)自紅外線源的能量就會(huì)加熱傳感部件，進(jìn)而引起傳感器關(guān)鍵部分的物理活動(dòng)。這些活動(dòng)使得已經(jīng)打開的電路被關(guān)閉，從而發(fā)出信號(hào)，表示目標(biāo)紅外信號(hào)已經(jīng)被檢測(cè)到。”

　　該傳感器展示了聰明的物理和工程機(jī)制，包括一個(gè)納米級(jí)的斑塊陣列，其特定的尺寸限制其只能吸收特殊波長(zhǎng)的紅外線。納爾蒂表示：“在被稱為等離子激元(類似于水面上的漣漪)的電荷激發(fā)下，受到納米級(jí)斑塊的局限，將特定波長(zhǎng)的紅外線俘獲到超薄結(jié)構(gòu)當(dāng)中，導(dǎo)致其溫度大幅、迅速上升。”溫度尖峰脈沖引發(fā)一系列前序事件，使傳感器其他部分的電路改變形態(tài)。

　　納爾蒂指出：“該技術(shù)具有多重傳感成分——每種都能吸收特定的紅外線波長(zhǎng)。這些傳感成分結(jié)合在一起，就形成了能夠分析紅外光譜的復(fù)雜邏輯電路。這種方法不僅可以探測(cè)環(huán)境中的紅外能量，而且可以確定這種能量是來(lái)自于火災(zāi)、車輛、人還是其他紅外線源。”

　　以利用車輛的紅外輻射識(shí)別車輛類型為例。燃燒汽油或柴油燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)在其廢氣中排放出化合物。這些化合物中含有二氧化碳、一氧化碳、水、各種氮氧化物和硫氧化物，以及甲烷等碳?xì)浠衔铩-ZERO 項(xiàng)目的研究團(tuán)隊(duì)成員錢振云(Zhenyun Qian)解釋說(shuō)：“結(jié)果，來(lái)自于卡車、汽車或飛機(jī)熱尾氣的紅外線光譜本身就可以作為特定車輛類型的標(biāo)志。

　　N-ZERO項(xiàng)目的主要目標(biāo)是開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)，為發(fā)展與國(guó)家安全相關(guān)的新的更有能力的傳感器系統(tǒng)開辟道路。東北大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在其刊登在“自然納米技術(shù)”雜志上的論文中指出，在不久的將來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大到包含汽車、家用電器和遠(yuǎn)程部署傳感器等數(shù)以千億計(jì)的設(shè)備，此類技術(shù)將變得非常重要。美國(guó)東北大學(xué)的研究人員在他們的論文中預(yù)測(cè):“只在有用信息出現(xiàn)時(shí)才消耗能量，將導(dǎo)致無(wú)人值守傳感器的持續(xù)工作時(shí)間幾乎不受限制，可以用于檢測(cè)發(fā)生頻率并不頻繁但對(duì)響應(yīng)時(shí)間非常敏感的事件，這將對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用普及帶來(lái)奠基性的影響。”