传感器新技术 利用新一代传感器预防灾难：新技术可使飞机，桥梁和管道更加安全

利用新一代传感器预防灾难：新技术可使飞机、桥梁和管道更加安全

当风雨敲打着风力发电机的叶片时，不列颠哥伦比亚大学奥卡纳干分校（UBC Okanagan）的研究人员在数百公里外仔细观察屏幕，分析叶片的涂层能否承受住风雨的侵袭。

虽然这只是在实验室里进行的测试，但研究人员正在努力改进涡轮机、直升机螺旋桨甚至桥梁等结构的监测方式，以防止天气造成的损坏。

UBC奥卡纳干分校博士生Vishal Balasubramanian解释说，从航空到海洋运输，从可再生能源发电到建筑，不断变化的气候使得各行各业对更好的“侵蚀—腐蚀”监测的需求与日俱增。

在许多行业中，耐磨涂层用于保护结构免受侵蚀磨损。然而，这些涂层的使用寿命有限，会随着时间的推移而磨损。因此，需要定期检查这些涂层结构是否有磨损和破损，然后通过重新涂覆受损区域来修复。

Balasubramanian是UBC奥卡纳干微电子和千兆赫应用实验室（OMEGA）的研究人员之一，目前正在开发可直接嵌入涂层的传感器。这可以避免人为因素造成的误差，并大大缩短检测时间。通过将人工智能（AI）和增强现实（AR）技术集成到这些嵌入式传感器中，研究人员可以实时监测机械保护涂层的磨损情况，从而防止灾难性故障的发生。

作为最近发表在《自然·通讯 》（Nature Communications）上的这项研究的主要作者，Balasubramanian解释说：“通过将人工智能技术应用到我们的微波谐振器传感器中，我们不仅能够检测到表面涂层的侵蚀，还能分辨出多层涂层中的单个涂层何时受到侵蚀。”

一些研究表明，美国每年因金属腐蚀造成的损失接近3000亿美元，超过该国国内生产总值的3%。但这不仅仅是钱的问题。

Balasubramanian解释说，侵蚀会对桥梁、飞机、汽车和海军基础设施的外表面造成不可逆转的损害。历史上有一长串结构性故障灾难，侵蚀被认为是导致数千人丧生的结构性故障的主要原因，其中包括2018年意大利热那亚大桥垮塌、1984年印度博帕尔天然气悲剧和2000年得克萨斯州卡尔斯巴德天然气管道大火。

“能够主动监测和解决设备老化问题——尤其是在恶劣的环境中——无疑可以保护重要的基础设施，减少对人类生命的影响，”UBC奥卡纳干工程学院副教授、OMEGA实验室首席研究员穆罕默德·扎里菲（Mohammad Zarifi）博士说，“几年来，我们一直在开发基于微波的结冰探测传感器，而人工智能和AR等新技术的加入可以成倍提高这些传感器的效能。”

新开发的传感器可以检测和定位多层涂层中的侵蚀层，还可以检测保护涂层的总磨损深度。收集到这些信息后，工程师和使用者可以详细了解潜在的损害和故障危险。

在实验室中，差分网络设备接口系统在不同的温度（酷热和严寒）、不同的湿度和紫外线照射水平下进行了测试，以模拟几种恶劣的环境。在四种不同类型的实验装置中，使用不同类型的涂层对所开发的系统进行了测试，并对其响应进行了监测，这些实验装置都能实现所需的环境参数变化。

Balasubramanian说：“我们在一些最恶劣的环境下测试了传感器，包括各种温度、湿度和紫外线照射。我们不断挑战这些传感器所能承受的极限，以便走在世界各地发生的灾害的前面。”

这项研究得到了加拿大国防部、加拿大自然科学和工程研究理事会以及加拿大创新基金会的资助。

世界经济论坛发布2023年十大新兴技术

世界经济论坛26日发布《2023年十大新兴技术报告》，评选出目前最有潜力、对世界产生积极影响的十大技术。

据了解，这些新兴技术主要包括：柔性电池、生成式人工智能、可持续航空燃料、可穿戴植物传感器、人工智能辅助医疗等。

这十大新兴技术在评选过程中，专家团队评估了技术在人类、地球、繁荣、产业和社会公平等方面的影响。专家认为，这些技术除了能对社会和经济带来重大利益外，还具有颠覆性、对投资者和研究人员有吸引力，并且预计能在五年内得到大规模应用。

世界经济论坛相关负责人表示，这十大新兴技术将颠覆产业、促进经济增长、改善生活并保护地球。

自2011年世界经济论坛首次发布十大新兴技术报告以来，评选发现了许多起初鲜为人知但随后对全球产生深远影响的技术。

2023年的十大新兴技术包括：

1 柔性电池

传统的刚性电池可能很快就会过时，因为由可以弯曲、折叠和拉伸的轻质材料制成的薄型柔性电池即将进入市场。这种新一代电池技术预计到2027年将达到2.4亿美元的市场价值，在医疗可穿戴设备、生物医学传感器、柔性显示屏和智能手表等领域具有应用前景。

2 生成式人工智能

生成式人工智能，这是一种新型人工智能，通过学习大规模数据集生成新的原创内容，在2022年底因ChatGPT发布而引起了公众广泛关注。生成式人工智能正在迅速发展，将在教育和研究等多个行业引发颠覆性变革。

3 可持续航空燃料

航空业每年产生全球2%至3%的碳排放。由于长途电动飞行仍无迹象可言，因此可从生物（如生物质）和非生物（如CO）来源生产的可持续航空燃料可能是短中期内减少航空业碳排放的答案。

4 工程噬菌体

噬菌体是有选择性感染特定类型细菌的病毒。科学家现在可以借助越来越复杂的基因工程工具，重新编程噬菌体以感染指定细菌，使其能够在植物、动物和人类微生物群落中的诸多共存的细菌类型中专门针对其中一种。虽然许多近期应用仅将用于研究，但有证据表明这种工程噬菌体最终可用于治疗与微生物群落相关的疾病或消除食品供应链中的有害细菌。

5 改善心理健康的元宇宙

针对不断加重的心理健康危机，产品开发者正在开始构建共享虚拟空间来改善心理健康。目前，已经有视频游戏被用于治疗抑郁和焦虑，而通过虚拟现实技术实现的冥想也越来越受欢迎。未来的元宇宙结合可使用户获得触感或对用户情绪状态作出反应的下一代可穿戴设备，可成为改善心理健康的良方。

6 可穿戴植物传感器

传统上监测大型农场依赖人工土壤测试和视觉观察，而无人机和卫星在这方面已经带来了革命性的变化。如今，我们有了新一代的植物传感器。这些小型的、无侵入性的设备可以“佩戴”在每株植物上，并持续监测温度、湿度和营养水平。如果能够克服成本问题，可穿戴植物传感器可改善植物健康状况并增加产量。

7 空间组学

通过将先进的成像技术与DNA测序的特异性相结合，空间组学可以让科学家在细胞内的分子水平上“观察”生物过程。通过揭示以前无法观察到的生物结构和事件，这项强大的新技术将加速我们对生物学的理解，并帮助研究人员开发复杂疾病的新治疗方法。

8 柔性神经电子学

脑机接口能让大脑与外部计算机直接进行通信，在医学和神经科学领域将有潜力改变人类健康状况，如癫痫、抑郁症或瘫痪的治疗。迄今为止，这项技术基于刚性电子器件，并受限于与脑组织在机械和几何上不匹配等问题。但是，柔性电子学和更具生物相容性的材料已经出现了突破，这意味着患者可以获得更少侵入性且更舒适的体验。

9 可持续计算

数据中心消耗全球产电量的约1%。如今，多种技术相互交织，使零能耗数据中心成为可能。“可持续计算”技术包括液体冷却系统、人工智能分析以及能与甲烷燃烧炉等现有能源共存的模块化数据中心。

10 人工智能辅助医疗

从诊断到药物设计，人工智能被广泛誉为改善医疗的推动者。本报告重点关注人工智能在支持医疗系统方面的作用，包括监测疫情、辅助决策、个性化治疗和提高医疗服务效率等。人工智能辅助医疗具有巨大的潜力，将在未来几年对医疗行业产生深远影响。

（总台央视记者 董彬）

来源： 央视新闻客户端

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