科学GIF

作者: 石云雷、罗广桢

来源: 环球科学

发布日期: 2020-02-15

本文介绍了多项科技创新,包括光谱编码增强成像技术(SEER)在医疗诊断中的应用、韩国开发的灵活有力的机械手、华人科学家团队研发的液滴发电机以及剑桥大学关于沙丘间相互作用的研究。这些创新展示了科技在医疗、工业和环境科学领域的广泛应用前景。

为了看清生命活动,这项技术拍出了色彩斑斓的透视图。在肉眼看不见的人体内,器官和组织时刻都在进行代谢、信号传递或免疫调控等活动。对于医生来说,想要尽快诊断病人的患病情况,最好的方法就是将病人的器官或组织中各种生理过程透明化。最近,发表在《自然-通讯》的研究中,美国南加州大学的研究人员开发出一款光谱编码增强成像技术(SEER),可以显著提升检测速度与准确率。

此前的荧光成像技术能获取的光谱范围有限,因此处理图像的速度受到限制。SEER技术能通过获取和处理多种颜色的荧光信息,显示并跟踪生物体内被这些荧光蛋白标记的生物分子。根据SEER技术提供的信息,医生便能更详细地观察患者体内的生命活动,进行快速诊断。与现有的医疗成像技术相比,SEER技术不仅工作速度提高了66倍,检测的准确率也提高了1.7倍。

SEER技术将首先应用于医疗领域,帮助医生快速诊断患者肺部的癌症或由污染物造成的损伤。此外,这种透视化的成像技术或能作为一款多功能的手机APP,利用物体自身发生的荧光,在生活中进行食品和假钞检测。

最近,韩国机械和材料研究所(KIMM)的研究人员开发了一款灵活、有力的机械手。研究人员在开发这款机械手时,参照了人手的结构和手指关节的活动特点。

虽然这只机械手只有4个手指,但具有16个关节(人的手共有14个关节)。这些手指和关节都能独立活动,通过12个电机供电。机械手的指尖、手指和手掌上共安装了两种传感器,用于接受手臂接触物体时产生的触觉信息。指尖的传感器为重量不到5克的多轴力/扭矩传感器,能准确测量指尖与物体接触时产生的力的大小和方向。而在手指和手掌上,使用了一种类皮肤的触觉传感器,用于计算抓握物体时力在受力面上的分布。

这只机械手不仅比目前的商用的机械手更轻,而且更有力量。重量不到1千克的机械手,可以抓握重量超过3千克的物体。据研究人员称,这是目前单位质量抓握能力最强的机械手。另外,这款机械手还能很方便地被安装在各种机器人的手臂上,方便各种形式的扩展应用。这个机械手可以像人手一样进行多种活动,如拿鸡蛋和往杯子里倒水等;还能使用生活中的多种工具,如使用剪刀剪纸。除此之外,这个机械手还能弹出一段简单的旋律。

研究人员希望,这款机械手不仅能应用于工业生产,还能用在人们的日常生活中。

当一滴水滴落下,可以点亮100盏小LED灯。这样看似异想天开的场景,已经在几位华人科学家的努力下成为现实。由于液滴撞击表面时的摩擦和静电感应可以产生电力,在此之前,人们已经尝试利用介面摩擦起电效应来研制液滴发电机,但电能转化效率都很低。

为了提升转化效率和瞬时功率密度,在近期发表于《自然》的研究中,研究团队进行了两项改进:首先是使用了可长期带有电荷的永电体材料聚四氟乙烯(PTFE),这种材料可以储存高密度的表面电荷;此外,研究者研发了一组类似场效应晶体管的独特结构,当水滴撞击其表面时,就能形成可通电的完整电路,从而释放所有积聚在PTFE上的电荷,产生电流。

由此设计出的液滴式发电机瞬时功率密度可达50.1瓦,较此前的液滴发电机增加了数千倍。当一滴100微升的水滴由15厘米的高度滴下时,可产生超过140V电压,发电机产生的电能足以点亮100盏小LED灯。这项研究由香港城大机械工程学系的王钻开教授、美国内布拉斯加大学林肯分校曾晓成教授和中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士合作领导。

作者希望,这项研究成果可以帮助全球开发更多水资源,以应对全球可再生能源短缺问题。

我们知道,在风力作用下,沙粒被搬运构成沙丘。对于物理学家来说,这些沙丘中存在一个未解之谜:相邻的沙丘间,是否存在相互作用?

关于沙丘间的作用机制,存在两种假说:一种理论认为沙丘间会不断靠近,最终形成一个更大的沙丘,但在自然条件下从未观测到这种现象;另一种则认为沙丘间会不断发生质量交换,最终变得大小一致,并且以相同的速度移动。为了观察沙丘的运动规律,剑桥大学的研究人员搭建了专门的设施。相比常见的直型水槽,这种环形旋转槽延长了观察时间,可以满足数小时的连续运转。而设施内安装的高速摄影机足以追踪沙丘中每个沙粒的运动轨迹。

研究人员将两个大小一致、形状相同的沙丘一前一后放进实验装置,之后开始向装置内鼓风。一开始,前面的沙丘移动速度更快,但随后其速度减缓,两个沙丘的移动速度几乎一致。研究人员还注意到,前面的沙丘对气流产生偏转作用,使得后面的沙丘受到湍流影响。随着实验的进行,最终两个沙丘与环形槽中心连线恰呈180度。这种现象就好像沙丘为了捍卫自己的领地,将入侵者“越推越远”。

UUID: 1a0e5b11-3043-40a0-91ab-bc20e31e2240

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/环球科学公众号-pdf2txt/2020/2020-02-15_为了看清生命活动,这项技术拍出了色彩斑斓的透视图科学GIF.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0045 元