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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(shù)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(fā)射信號，提醒戰(zhàn)士、消防員或其他人已經(jīng)檢測到感興趣的信號。這是一種情報、偵察與監(jiān)視技術(shù)，能夠在提高態(tài)勢感知能力的同時，最小化對替代舊電池維護任務(wù)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(shù)”雜志網(wǎng)站上，美國東北大學(xué)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(lǐng)導(dǎo)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(guān)”的器件，實現(xiàn)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(tǒng)技術(shù)辦公室N-ZERO項目的項目經(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)的實際意義在于，當(dāng)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(dāng)要檢測的紅外線波長出現(xiàn)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(guān)鍵部分的物理活動。這些活動使得已經(jīng)打開的電路被關(guān)閉，從而發(fā)出信號，表示目標(biāo)紅外信號已經(jīng)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(fā)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(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。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環(huán)境中的紅外能量，而且可以確定這種能量是來自于火災(zāi)、車輛、人還是其他紅外線源。”

　　以利用車輛的紅外輻射識別車輛類型為例。燃燒汽油或柴油燃料的發(fā)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(jié)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(biāo)志。

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