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4月15日外媒科学网站摘要:科学家打造像牙膏一样柔软的电池

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4月15日(星期二)消息,国外知名科学网站的主要内容如下:

《自然》网站(www.nature.com)

中国科学家用AI为视障者打造“智能盲杖”

上海交通大学领导的一个研究团队打造了一套结合摄像头、耳机和人工智能(AI)的系统,可帮助视障人士更高效地导航周围环境,其性能可能超越传统盲杖。该系统通过眼镜上的摄像头实时捕捉画面,利用AI分析环境,并通过音频提示和触觉振动反馈障碍物信息。该研究成果最近发表于《自然-机器智能》(Nature Machine Intelligence)杂志。

在这项研究中,20名视障人士测试了该设备。结果显示,在25米室内迷宫任务中,使用该系统的行走效率和导航速度比使用盲杖提高了25%。目前该系统仍处于原型阶段,研究团队正致力于提升其可靠性和安全性。

系统通过机器学习算法识别行人、墙壁、家具等物体,并以250毫秒为间隔提供音频导航。此外,配套的柔性“人造皮肤”贴片可佩戴于手腕和手指,当障碍物接近时通过振动预警,并在抓取物体时提供触觉辅助。

相比传统盲杖仅能探测约1米内的障碍物,该系统的摄像头具备更广的探测范围,并能识别物体属性。初步测试中,12名视障者使用该系统后,室内导航能力与使用盲杖相当。后续8名参与者在城市街道和杂乱会议室等真实场景中的测试也表现良好。

专家指出,这项技术相当于打造了一根“智能盲杖”,但其实际应用前景仍需进一步验证。研究团队计划进一步优化设备,未来或可将摄像头集成至隐形眼镜中,使其更轻便隐蔽。

《科学》网站(www.science.org)

天文学家首次观测到行星"自杀"现象

美国宇航局(NASA)的詹姆斯·韦伯太空望远镜(JWST)近期观测到一个惊人现象:一颗行星正在主动坠入其宿主恒星。这一发现颠覆了传统认知中只有恒星膨胀才会吞噬行星的理论,相关研究发表在《天体物理学杂志》(The Astrophysical Journal)上。

2023年,美国加州理工学院帕洛玛天文台的兹威基瞬变设施(ZTF)首次观测到这颗距离地球1.2万光年的恒星。当时观测数据显示该恒星亮度突然增加,天文学家认为这是恒星在红巨星阶段吞噬行星的典型表现。然而,JWST的最新观测结果推翻了这一假设。

研究显示,该恒星实际上尚未演化到红巨星阶段。科学家们提出全新解释:一颗木星大小的行星在数百万年时间里,因恒星引力产生的潮汐作用而逐渐失去轨道能量,最终螺旋式坠入恒星。这一过程导致恒星外层气体喷发,形成独特的尘埃云。

研究人员指出,这一发现仍需要更多观测数据来验证。星际尘埃可能会影响对恒星亮度的准确测量,进而影响结论的可靠性。随着智利薇拉·鲁宾天文台即将投入运行,天文学家有望获得更多类似案例,这将帮助确认此类“行星自杀”现象在宇宙中的普遍性。

《每日科学》网站(www.sciencedaily.com)

1、告别发热!新型散热技术有望解决电子设备过热难题

美国弗吉尼亚大学工程团队在《自然·材料》(Nature Materials)发表的最新研究,可能彻底改变电子设备的散热方式。该研究利用六方氮化硼(hBN)晶体的独特性质,开发出一种革命性的热量传导技术,为电子设备过热问题提供了创新解决方案。

当前电子设备普遍面临散热瓶颈,传统散热技术如金属散热片、风扇和液冷系统存在效率低、体积大、能耗高等局限。研究团队发现,六方氮化硼可以激发双曲声子极化激元(HPhPs),将热量转化为定向传播的高能波,其传导速度远超传统热扩散方式。实验证明,这种新型散热方式的效率比现有技术高出数个量级。

这项突破性技术将带来广泛的应用前景:智能手机和笔记本电脑可以避免因过热导致的性能下降;电动汽车电池系统将实现更快的充电速度和更长的使用寿命;数据中心和AI计算设备能在降低能耗的同时提升运算能力;医疗电子设备则可获得更稳定的工作性能。

这项技术不仅解决了当前电子设备的散热难题,更为未来高性能计算设备的设计开辟了新思路。从消费电子产品到航天设备,这项创新技术都将带来显著的性能提升和能效改善。随着该技术的进一步发展和应用,电子设备过热问题有望得到根本性解决,推动整个科技产业进入更高效、更可靠的新时代。

2、科学家用电流替代氢氟酸制造出超级“二维材料”

在材料科学领域,单原子层厚度的“二维材料”因其独特性能成为研究热点。奥地利维也纳工业大学与商业公司合作研究的MXenes材料(由过渡金属碳化物和氮化物组成的二维化合物家族)展现出近乎神奇的特性:可用于电磁屏蔽、能量存储、新型传感器,甚至在太空极端环境下作为高效固体润滑剂。这项新型合成技术已发表于纳米科技领域顶尖学术期刊《Small》。

传统MXenes的合成依赖剧毒的氢氟酸蚀刻MAX相前驱体(如铝-钛-碳层状材料)中的铝层,存在高毒性、高成本及废料处理难题,阻碍了其工业化应用。为此,研究团队开发出电化学合成法:通过精准调控电压,选择性去除MAX相中的铝原子,获得电化学MXenes(EC-MXenes)。

关键技术突破在于采用脉冲电流——短脉冲在材料表面生成氢气泡,持续清洁并活化反应界面,从而提升蚀刻效率与产物质量。经原子力显微镜、电子显微镜及光谱分析证实,EC-MXenes性能媲美传统方法产物,且过程更安全环保。

维也纳工业大学团队表示,该方法使MXenes合成大幅简化,未来有望实现低成本规模化生产,推动其在工业领域的广泛应用。

3、柔性电子新突破:科学家打造像牙膏一样柔软的电池

瑞典林雪平大学的研究人员开发出一种新型流体电池,其电极采用液态形式,使电池能够随意塑形。这种柔软、可拉伸的电池有望彻底改变未来电子设备的集成方式,相关成果发表在《科学进展》(Science Advances)期刊上。

该电池的质地类似牙膏,可通过3D打印技术制成任意形状,为柔性电子设备的设计提供了全新可能。随着物联网的发展,未来十年预计将有超过一万亿台设备联网,包括可穿戴医疗设备、软体机器人、电子织物等。传统固态电池因体积大、刚性强的特点限制了设备设计,而这种流体电池的柔性特质消除了这一障碍。

研究团队的关键突破在于将电极材料从固态转变为液态。此前,柔性电池多依赖可拉伸的复合材料或机械结构,但无法解决电池容量与刚性之间的矛盾。早期的流体电极尝试使用液态金属(如镓),但存在只能作为阳极、易固化等问题,且部分材料依赖稀土,对环境负担较大。

林雪平大学的研究采用了更可持续的方案,以导电聚合物和木质素(造纸业的副产品)为基础材料。这种电池可循环充放电500次以上,即使拉伸至两倍长度仍能正常工作,同时具备环保优势。目前,电池的电压为0.9伏,团队正探索使用锌或锰等常见金属来提升性能。

尽管仍需优化,这项技术已为柔性电子设备的未来发展开辟了新路径,有望在医疗、可穿戴设备等领域实现更自然的集成。

《赛特科技日报》网站(https://scitechdaily.com)

告别电子?下一代AI或将由“光”驱动

美国惠普实验室在《IEEE量子电子学期刊》发表的最新研究表明,基于III-V族半导体材料的光子集成电路(PIC)正在重塑AI硬件格局。这种新型光学芯片在能效和速度上全面超越传统GPU,有望为从数据中心到智能系统的各领域带来变革。

当前AI发展面临重大挑战:依赖GPU的算力系统存在高能耗和扩展性瓶颈。对此,研究团队开发了基于光学神经网络(ONN)的创新方案——通过光速传输数据的光子集成电路,相比电子分布式神经网络(DNN)能大幅降低能量损耗。

该技术采用异质集成工艺制造:首先在400纳米厚的绝缘体上硅(SOI)晶圆制备基础器件,通过选择性生长硅/锗层形成雪崩光电二极管(APD)核心结构,再将磷化铟等III-V族半导体集成到硅基平台。关键创新在于实现了激光器、放大器、光电探测器等所有光学元件在单一芯片上的晶圆级集成。

测试数据显示,该光子加速器的能效密度达到其他光子平台的290倍,是最先进数字电子器件的140倍。这种突破性技术不仅解决了AI计算的能耗问题,其卓越的可扩展性更为未来智能系统的发展铺平道路。

这项研究标志着AI硬件进入新纪元。随着光子集成电路技术的成熟,数据中心将能承载更复杂的AI工作负载,同时为各行业的智能化转型提供强大算力支撑。惠普实验室的成果证明,硅光子技术正在成为下一代AI加速器的核心解决方案。(刘春)

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