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“近零功耗射頻和傳感器工作”項目取得成果

美國科研人員近期研制了一種微型傳感器，可用于檢測熱排氣管、著火的木頭、乃至于人類的紅外波長特征。這種傳感器將在長達數年不消耗電池能量處于休眠和無人看管的情況下卻能時刻保持警覺。這種傳感器的檢測活動一旦被激活就能發射信號，提醒戰士、消防員或其他人已經檢測到感興趣的信號。這是一種情報、偵察與監視技術，能夠在提高態勢感知能力的同時，最小化對替代舊電池維護任務的需求，以避免可能的危險。

　　在2017年9月11日的“自然納米技術”雜志網站上，美國東北大學研究團隊，在電氣與計算機工程助理教授馬特里奧·納爾蒂(Matteo Rinaldi)的領導下，報告了利用被波士頓研究團隊稱之為“等離子增強微機械光開關”的器件，實現了高難度的DARPA“近零功耗射頻和傳感器工作”(N-ZERO)項目。

　　DARPA微系統技術辦公室N-ZERO項目的項目經理特洛伊·奧爾森(Troy Olsson)表示：“東北大學研制的紅外傳感器技術的實際意義在于，當要檢測的紅外線波長不存在時，傳感器消耗的待機功率為零；當要檢測的紅外線波長出現時，來自紅外線源的能量就會加熱傳感部件，進而引起傳感器關鍵部分的物理活動。這些活動使得已經打開的電路被關閉，從而發出信號，表示目標紅外信號已經被檢測到。”

　　該傳感器展示了聰明的物理和工程機制，包括一個納米級的斑塊陣列，其特定的尺寸限制其只能吸收特殊波長的紅外線。納爾蒂表示：“在被稱為等離子激元(類似于水面上的漣漪)的電荷激發下，受到納米級斑塊的局限，將特定波長的紅外線俘獲到超薄結構當中，導致其溫度大幅、迅速上升。”溫度尖峰脈沖引發一系列前序事件，使傳感器其他部分的電路改變形態。

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

　　以利用車輛的紅外輻射識別車輛類型為例。燃燒汽油或柴油燃料的發動機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，以及甲烷等碳氫化合物。N-ZERO 項目的研究團隊成員錢振云(Zhenyun Qian)解釋說：“結果，來自于卡車、汽車或飛機熱尾氣的紅外線光譜本身就可以作為特定車輛類型的標志。

　　N-ZERO項目的主要目標是開發基礎技術，為發展與國家安全相關的新的更有能力的傳感器系統開辟道路。東北大學研究團隊在其刊登在“自然納米技術”雜志上的論文中指出，在不久的將來，隨著物聯網擴大到包含汽車、家用電器和遠程部署傳感器等數以千億計的設備，此類技術將變得非常重要。美國東北大學的研究人員在他們的論文中預測:“只在有用信息出現時才消耗能量，將導致無人值守傳感器的持續工作時間幾乎不受限制，可以用于檢測發生頻率并不頻繁但對響應時間非常敏感的事件，這將對物聯網的應用普及帶來奠基性的影響。”