全球科技「奧斯卡」發布年度百項科技
2016年11 月 3 日，素有全球「技術產業奧斯卡獎」的「全球百大科技研發獎」（R&D 100 Awards）的榮譽盛宴上，麻省理工學院林肯實驗室（MIT Lincoln Lab）一舉摘得了 100 個獎項中的 6 項。
R&D百大技術獎（R&D100 Awards）在過去 54 年都扮演了技術創新領域「奧斯卡」獎的角色，被視為技術研發先鋒們的無上榮耀。自 1962 年以來，每年評選100 項具有重大創新意義及對人類生活影響深遠的商業化技術。
同時，每年舉辦的R&D百大技術峰會也是當屆及往屆獲獎者的大聚會，為這些地球上最優秀的大腦們提供了一個相互學習、交流、合作的平台。
獎項和峰會各環節都以務實為主，除了總結當下以及預測未來技術發展的主旨演講外，還包括各種技術研討會、產業接洽活動等。總體上說，R&D百大技術獎涉及到各個科技領域的創新，為來自不同專業、不同背景的優秀研發者們搭建起了屬於他們的舞台。
MIT林肯實驗室主任Eric Evans（左1）與獲獎同事們合影
今年，麻省理工學院林肯實驗室在空中交通安全、生物醫學設備和磁場檢測等領域獲得了全球百大科技研發獎，總計收穫了六項技術大獎，這六項技術由實驗室研究人員獨立研發，或與合作機構共同開發。
2010年以來，林肯實驗室已收穫26項全球百大科技研發獎，其中包括兩個編輯選擇獎，以及年度百大科技研發獎的三大頂尖技術。
更早前，MIT林肯實驗室也曾獲得兩個全球百大科技研發獎：1998年，與Cyra技術公司和洛斯阿拉莫斯國家實驗室聯合開發的三維激光繪圖和成像系統；1995年，通過使用GPS確定飛機的位置的技術。
林肯實驗室主任Eric Evans說：」今年的百大科技研發獎再次充分肯定了林肯實驗室的研發能力和產業化能力，這離不開每個人的努力。」
麻省理工學院林肯實驗室
在本年度百大科技研發大獎中，林肯實驗室的其中三個獲獎技術解決了空中交通安全的挑戰：
小型機場監視感測器：這是一種低成本二級監視系統，可為機場塔台控制器提供飛機在機場地面和附近空域的運行狀況。
海上降水能力系統：該系統可以預測雷達覆蓋外的近海區域的風暴狀況，為空中交通管制員提供天氣信息。
機載防撞系統：該系統通過處理多感測器數據，能準確檢測和跟蹤無人機附近的飛機。根據這些信息，空中交通管制員能夠很好地保證無人機和其他空中交通之間的安全隔離。
其中兩項獲獎技術是醫療保健的創新技術：
EnteroPhone：這是一種無線、可吸收的裝置，可以從胃腸道內監測心率、呼吸頻率和核心溫度。
Laserscope：一個工具套件，可在脊柱腔內提供手術導航和精確的激光瞄準，從而可使用門診手術治療背痛，而不需要進行開背手術。
第六項獲獎技術擴展了當前磁力計的功能和效率：
寬頻磁強計和溫度感測器：利用光捕獲金剛石波導，這個超靈敏的磁場探測器和溫度感測器比舊式基於金剛石的磁力計的能量效率高1000倍。
這六項獲獎技術都對問題提出了創新的解決方案，可能對當前技術產生重大影響，或促進相關先進技術的發展。以下是對這六項獲獎科技的詳細介紹。
風箏不再是無人機的敵人
無人機機載防撞系統（ACAS Xu）是一種用於無人飛行系統的自動防撞裝置。該系統通過動態規劃、自動調諧和並行計算，使無人飛行器能夠檢測和跟蹤附近的飛機利用檢測和跟蹤信息。
ACAS Xu系統為地面操作員或自動化車輛提供安全警報，幫助他們保持安全距離，防止無人駕駛飛行器之間以及人工駕駛和無人駕駛飛行器之間的空中碰撞。
該系統主要用於人工駕駛飛行器和無人駕駛飛行器之間的協調運作和與防撞操作
ACAS Xu從機載監測系統接收感測器數據，並使用先進的跟蹤演算法來估計附近飛機的相對位置和速度。預測結果將用於威脅邏輯中，在必要時將提供指導，以避免潛在的空中碰撞。
總體而言，ACAS Xu的模塊化架構有兩個主要組件：監測跟蹤模塊（STM）和威脅解析模塊（TRM）。STM從多個感測器（例如：GPS，應答機和雷達系統）接收數據（位置，速度和高度等），以監測和跟蹤附近的飛機。
然後，STM關聯來自每個感測器的數據，並將最可靠的信息傳遞給TRM。考慮到附近飛機的相對位置和速度，TRM的數字查找表會向無人機系統和地面操作員建議最佳操作。通常情況下，無人機和地面操作員不需要進行任何操作，但是如果附近的飛機存在碰撞風險，TRM將選擇並發送最佳的決策，建議爬升，下降或轉彎以保持安全距離。
ACAS Xu開發團隊的首席研究員Wes Olson說：「該系統為民用空域無人飛行器擴展運行的需求提供了有效的解決方案。「
ACAS Xu已經證明，該項技術比現有的基於轉發器的防撞系統安全性提高40％以上，此外，它還可以監測沒有配備轉發器的飛機並避免與之發生碰撞。目前，還沒有其他決策系統能提供這種能力。
ACAS Xu由林肯實驗室、聯邦航空局、約翰霍普金斯大學應用物理實驗室、斯坦福大學和MITER公司的代表組成的團隊開發。
增強離岸天氣預測能力
由林肯實驗室與聯邦航空管理局聯合開發的離岸降水能力系統（OPC）可為空中交通管制員提供天氣信息，該系統可以協助使他們在可能發生冰雹、湍流、結冰或其他惡劣天氣的區域安全地改變航道。
OPC在近海地區生成「雷達式」描述的降水強度和風暴高度，這些區域往往是天氣雷達不能完整覆蓋或不可用的。OPC利用監督機器學習進行高級分析，並通過機器學習來融合多個異構數據集、創建類似雷達的代理、顯示沿海地區的天氣信息。
OPC通過融合來自非雷達數據源的信息創建天氣圖像，包括雷電檢測、地球同步衛星的信息以及數字天氣預測模型的輸出。閃電是對流天氣的強烈指標，也就是說，能夠產生強大的上升氣流，可引起嚴重的湍流和其他安全危害，如嚴重的冰雹。
位於地球周圍的地球同步衛星可提供地球大部分的可見和紅外圖像。數值天氣預測模型模擬許多氣象數據，包括環境溫度，壓力和濕度，以及其他相關參數，如雷達反射率，降雨率和對流雲頂高度等。
將OPC數據融合的結果與雷達系統的輸出混合，可以得到無縫拼接的天氣系統，拓展到離岸和海洋地區。OPC應用運動跟蹤演算法來估計風暴運動，使得從衛星圖像和數值模型獲得的特徵可以在空間上移動，以持續更新天氣信息。
Mark Veillette開發團隊主要研究員表示：「通過高解析度輸入，例如可見的衛星圖像和閃電密度，OPC能夠分析更高解析度的風暴特徵，這是只依靠紅外衛星或雷電數據的系統做不到的。與單輸入天氣分析系統相比，OPC框架可為用戶提供更準確的天氣分析。」
低成本小型機場監測雷達
小型機場監視感測器（SASS）是一種廉價的監視系統，為機場塔台控制器在所有可見度條件下（包括夜間和惡劣天氣）在機場表面和附近的空域提供機場情況感知。
SASS系統由一個主單元和兩個感測器單元組成，其中感測器單元位於最長跑道的端部附近，主單元位於機場控制塔中。感測器單元監聽來自附近飛行器的自發回復，飛行器配備有模式S信標應答器。至少一個感測器還可以向不產生自發回復的飛行器發出詢問。感測器使用新穎的八元件相控陣天線來進行高精度方位測量，並使用GPS來精確記錄回復的到達時間。
附近飛機的回復傳遞給主單元，主單元計算出地面和空中目標（例如車輛和飛機）的地理位置的。目標位置被傳遞到融合跟蹤器，融合跟蹤器將地理位置數據與外部信息組合以產生軌跡（平滑預測的移動路徑）。軌跡也可以輸入到安全邏輯，為塔式控制器和飛行員提供視覺和聽覺警報。
由於在機場地面上僅需要兩個感測器，所以系統的購買、安裝和維護成本對於小型機場來說是可負擔的，這些機場通常缺乏雷達監測設備，而是依賴塔台控制器來掃描機場表面和附近空域。開發SASS的林肯實驗室團隊的技術主管Steven Campbell說：「SASS將提高美國數百個小型機場的安全性和效率」。
聆聽身體的重要信息
EnteroPhone是由林肯實驗室和麻省理工學院研究人員開發的一種小型、無線、可吸收的設備。它通過聆聽身體的聲音來監測心臟和呼吸頻率，並監測核心溫度，所有監測任務都在胃腸道內進行。
EnteroPhone可靠地監測這些關鍵生命體征的能力使得醫生、物理治療師和運動訓練者不再需要表面附著型感測器或植入的內部感測器。身體佩戴的裝置可能加重損傷或引起皮膚刺激，例如在燒傷患者中，或在劇烈活動期間，不舒適的感覺也會阻礙運動表現。
此外，可穿戴感測器不能收集核心體溫、臨界生理參數。由外部裝置收集的皮膚溫度無法很好地預測以內核心溫度，特別是人正在發燒或進行體育活動時。內置感測器在手術切除之前一直保留在身體中，這使得醫生無法使用某些診斷程序，例如MRI，而EnteroPhone不會遇到這方面的問題。。
目前，其他生理感測器每次只能完成一個測量，並且通常不是實時監測身體的重要信息。EnteroPhone，只有維生素丸大小，通過使用單個壓電水聽器組件來聽取心臟和肺的聲音以確定呼吸和心率。
此外，還有一個用於測量真實身體核心溫度的熱敏電阻，一個加速度計和一個用於測量胃腸（GI）壓力的氣壓計——測壓法（目前用於評估沿著胃腸道的平滑肌的工作機理）。然後將這些測量值從身體內部無線傳輸到處理器，該處理器將背景雜訊與GI道分離，得到患者的心臟和呼吸速率的可靠信息。EnteroPhone的傳輸範圍約為20英尺。
Enterophone項目首席研究員AlbertSwiston說，「Enterophone將推動遠程醫療；優化性能監測和運動員、軍事服務人員和急救人員的安全；並提供快速的臨床評估和分類的一種簡單的方法。」
革命性的背部手術
Laserscope由林肯實驗室的工作人員與來自馬薩諸塞州總醫院的神經外科醫生合作開發。這項技術將使外科醫生能夠通過在骶骨基部附近的自然存在的進入埠在脊柱管內進行非常精確的內窺鏡手術。
Laserscope主要用於治療腰椎管狹窄——這是背部和腿部疼痛的主要原因。通常而言，腰椎管狹窄是正常老化，嚴重創傷或反覆脊柱創傷引起的。使用Laserscope，外科醫生將能夠在微創的門診手術中降低椎管壓力，為開背手術提供替代方案。
Laserscope能夠微創進入椎管，具有視覺識別壓縮組織的能力，以及去除這種壓縮組織所需的激光能量。與椎管的形狀一致，Laserscope具有3mm直徑的彎曲，這允許外科醫生平穩地拉起脊髓管，從而移動到壓縮組織。
該器件結合了具有高級圖像處理的互補金屬氧化物半導體（CMOS）感測器，以保證組織移除操作的高保真視頻可視化。Laserscope還設計有「花瓣」，當在管內擴張時，外科醫生可清晰地看到目標區域。
如果使用同心的鎳鈦諾管系統，Laserscope將允許外科醫生在視場內的任何地方精確地操縱激光光纖，對壓縮組織的靶向消融，同時對周圍組織的損傷最小。
Laserscope公司首席研究員MattJohnson說：「對於50萬名患有腰椎管狹窄症的美國人來說，Laserscope將能夠顯著降低手術成本、住院時間和疼痛康復。」
超靈敏磁場檢測
林肯實驗室和MIT的科學家開發了利用光捕獲金剛石波導的寬頻帶磁強計和溫度感測，可以測量穿透宇宙的磁場的小變化。從金屬物體的永久偶極矩到在生物器官例如大腦或心臟中流動的電流，甚至諸如太陽耀斑或海潮等自然現象，磁場的存在說明了對象本身的細節。
為了檢測磁場中的這些細微變化，該感測器使用了氮空位（NV）中心量子系統，由金剛石的純碳晶格中的缺失原子和氮原子配對組成。每個NV中心具有磁矩，其與局部磁場的相互作用可以量化且與物理常數相關。
該感測器通過用綠色激光激發和微波輻射探測，大量的NV集可增強外部磁場檢測效果，提高系統靈敏度。在金剛石表面添加稜鏡面用於激光激發，即可通過光捕獲金剛石波導。利用金剛石的高折射率，全內反射可使光停留在金剛石裡面，就像多模光纖一樣。捕獲激光誘發出NV中心集合，從而使得感測器能量效率提高1000倍，並且在測量中具有更高的靈敏度。
「我們已經通過實驗證明，這個感測器對磁場的超靈敏性，同時它為矢量磁強計帶來了量子穩定性。一個比指甲小得多的金剛石晶元可以通過技術手段獲得數萬億個氮空位，每個氮空位都能通過金剛石矢量軸和量子穩定性獨立執行磁場測量。這種新型的磁力計可以在醫療和材料成像等領域實現微型化，檢測違禁品和研究地球磁場，」這項研究的首席科學家Danielle Braje說。
關於林肯實驗室
這個實驗室你可能沒有聽過，但這恐怕是麻省理工學院最神秘、最具創新能力的一個實驗室。比如，可以充分說明其重要性的是，林肯實驗室是整個麻省理工學院的單一最大財政收入貢獻者，其研發收入占麻省理工學院所有財政收入的27％，高達8億多美金（如下，2014年的學校公開數據）。
※科學家如何利用人工智慧尋找外星人？
※硅才是全球能源的終極解決方案？這家公司正進軍中國
※MIT研發出最便宜人工肌肉：主要成分竟是尼龍纖維
※以電流刺激大腦域，不開顱治療的時代即將來臨
※暴雨也會引發哮喘？這是真的，已導致四人死亡
TAG:DeepTech深科技 |
※青島42項科技成果獲省科學技術獎
※巨峰科技.安防百科
※納米科技讓科幻中的「黑科技」成為了現實
※科技熱點：全球科技領域進入中美科技鼎力時代！
※諾基亞黑科技，發布全新「阿波羅」手機
※上海萬科聯合動點科技發布」雨林種子計劃」
※科技再升級英菲尼迪QX50「科技版」智享互聯
※來哥白尼科學中心探索科技奧秘
※阿根廷科研人員佔領科技部
※科技感超前的旗艦座駕，全新奧迪A8發布
※南京金邦動力科技有限公司科研項目通過國家科技成果評價
※科技怪獸：特斯拉宣布9月發布首款大卡車
※中科院研發「納米農藥」 這才是黑科技
※科技部將與俄羅斯納米技術公司深化創新領域合作
※中國科技周開啟「科技之光」 「高精尖」注入更多樂趣溫度——第17屆全國科技活動周綜述
※《大科技》校園科普行——瓊中
※藝術與科技的結合——探秘塔斯馬尼亞大學朗塞斯頓校區
※科技徵文
※第十屆科技創新製作大賽