光学顕微鏡の1000倍の分解能を持つ電子顕微鏡は、材料の撮像と特性詳細化に非常に優れています。米国エネルギー省（DOE）アルゴンヌ国立研究所の研究者たちは、高度なソフトウェア開発と人工知能（AI）フレームワークが、その性能をさらに押し上げられることを実証しています。 拡大画像の作成に加え、電子顕微鏡技術は磁化や静電ポテンシャル——電場に対して電荷を動かすのに必要なエネルギー——などの材料特性情報も取得します。情報は電子波の位相と呼ばれる特性に格納されます。位相は、波がピークに達する点など、波周期内の一点の位置やタイミングを記述します。 しかし、位相データの取得は科学者たちにとって数十年来の問

ポンプ、ファン、コンプレッサーなどの回転機械は、マッキンゼー・グローバル・インスティテュートの2017年報告書によるとGDPの85%を占めています。 一台の設備が停止すると、その結果は製造ライン一本のダウンタイムという軽微な不便から、洪水や断水を招くポンプ故障まで多岐にわたります。 「ポンプ業界では具体的に、これは人間の問題です」と、デンマークのポンプメーカーGrundfosのシニア信頼性・顧客成功マネージャー、チャド・フロウ氏は言います。「製品を出荷するだけの話ではありません。」フロウ氏はプラントを歩き、施設の最も重要な設備を理解する経験を持っています。 では、どの機械に継続的監視が必要で、

バークレー研究所のチームが、リチウム電池性能を測定する簡単、速い、安価な方法を開発しました。 新技術は熱波を用いて、電池電極内部の深さ方向の局所リチウム濃度を測定します。 関連記事 電解質設計でリチウムイオン電池の負極容量向上 新電極設計でより強力な電池につながる可能性 電池の上にセンサーを置くと信号を送信します。信号周波数が熱波の浸透深度を決定します。 「オペランド」技術は反応進行中に機能します。熱波センシングは、X線回折などの放射線ベース検査法と同じ種類のリチウム濃度空間情報を提供しますが、先進光源のような大型シンクロトロン施設を使用せずに済みます。 チームは現在ラボスケールで手順をテスト

葉の水分調節は植物の健康にとって不可欠であり、成長と収量、病気への感受性、乾燥耐性に影響します。 新技術はナノスケールセンサーと光ファイバーを用いて、植物で水分が最も活発に管理されている葉表面のすぐ内側の水分状態を測定します。 これは基礎的植物生物学の理解を進める最小侵襲研究ツールを提供します。より乾燥耐性のある作物の育種につながる可能性があります。 この技術は将来的に、作物の水分状態をリアルタイムで測定する農学ツールとして適応されるかもしれません。 手法は、AquaDustと呼ばれる柔らかい合成ハイドロゲルで形成されたナノ粒子を注入し、葉の水ポテンシャルを測定するものです。ハイドロゲルは葉

カリフォルニア工科大学、ETHチューリッヒ、ハーバードのエンジニアたちは、自律ドローンが海流と戦うのではなく、海流を利用して航行できる人工知能（AI）を開発しています。 「深海を探査するロボット、特に群れで探査させたいとき、水面から2万フィート離れた場所でジョイスティックで制御するのはほぼ不可能です。また、海面から局所的な海流データを検出できないため、彼らが航行に必要な海流データを与えることもできません。代わりに、ある時点で海洋ドローンが自分でどう動くか決定できる必要があります」とジョン・O・ダビリ教授は語ります。 AIの性能はコンピュータシミュレーションでテストされましたが、チームはアルゴ

NASAアームストロング飛行研究センターカリフォルニア州エドワーズwww.nasa.gov/centers/armstrong ユナイテッド・ローンチ・アライアンスコロラド州センテニアルwww.ulalaunch.com 研究航空機から空力データを収集する研究ツールとして始まったものが、今では機関内外の技術的課題を解決しています。NASAの光ファイバーセンシングシステム（FOSS）技術は、高度な歪みセンサーと革新的アルゴリズムを堅牢なパッケージに組み合わせ、重要なパラメータをリアルタイムで正確かつコスト効率よく監視します。次世代フレキシブル翼の調査、液体燃料レベル測定、宇宙船の歪み監視など、多

MC-TENG——多層円筒形摩擦帯電ナノジェネレーターの略——と呼ばれる新デバイスは、吊り下げられた樹木の枝の断続的な動きからエネルギーを収集して電力を生成します。この自己給電センシングシステムは、展開後メンテナンス不要で火災と環境条件を継続的に監視できます。 従来の森林火災検知方法には衛星監視、地上パトロール、監視塔などがあり、高い労働力と財政コストを要する割に効率が低いです。現在のリモートセンサー技術は普及しつつありますが、主にバッテリー技術で電力を賄っています。 太陽電池は携帯電子機器や自己給電システムに広く用いられていますが、茂った葉の陰や覆いがある森林への設置は困難です。 TENG技

研究者たちは、ニューヨークからロサンゼルスまで30分未満で移動するような超音速飛行への道を開く推進システムを開発しました。ジェットエンジン用の特別な超音速反応室を作ることで、超音速推進に必要な爆轟を安定化させる方法を開発しました。 大気圏内を非常に高速で飛行し、惑星大気圏への効率的な進入と離脱を可能にする、超音速および超音速飛行向けの堅牢な推進システム開発への取り組みが激化しています。最も強力な激しい反応とエネルギー放出の形態である爆轟を安定化させることは、超音速推進とエネルギーシステムを前進させる可能性を秘めています。 このシステムにより、マッハ6〜17、時速4,600〜13,000マイルで

研究者たちは、医療状態の診断とモニタリングを助けるコンタクトレンズ技術を開発しました。チームは市販のソフトコンタクトレンズを、基礎的な眼の健康状態に関連する臨床的に重要な情報を目立たずに監視するための生体計測ツールとして機能させました。この技術により、緑内障を含む多くの眼疾患の無痛診断や早期発見が可能になります。 以前は、製造技術が平らで剛性のある表面を必要としたため、センサーや他の電子機器を市販のソフトコンタクトレンズに使用できませんでした。これはソフトコンタクトレンズの柔らかく曲がった形状と互換性がありません。 新技術は、超薄型伸縮性バイオセンサーをウェット接着接合により市販のソフトコン

OmniFibersと呼ばれる新しい種類の繊維は、どれだけ伸びたり圧縮されたりしているかを感知し、圧力、横方向の伸張、振動という形で即座に触覚フィードバックを提供する衣服に作り変えられます。このようなファブリックは、歌手やアスリートが呼吸をより良くコントロールするのを助ける衣服や、病気や手術からの回復中の患者が呼吸パターンを取り戻すのを助ける衣服に利用できます。 多層繊維の中心には流体チャネルがあり、流体システムで作動させます。このシステムは、圧縮空気や水などの流体媒質をチャネルに加圧・解放することで繊維の形状を制御し、繊維を人工筋肉として機能させます。繊維にはまた、繊維の伸び度合いを検出・測

新しいツールは、患者の発話能力と顔面筋運動の異常に基づき、救急室医師と同等の精度で脳卒中を診断できます——スマートフォンとのやり取りだけで数分以内に。機械学習モデルが臨床現場での医師の診断プロセスを支援し、潜在的に迅速化します。 現在、医師は過去の訓練と経験を用いて、患者をどの段階でCTスキャンに回すか判断しています。新ツールは、脳卒中の疑いがある実際の救急室患者における脳卒中の有無を、計算機的顔面動作分析と自然言語処理を用いて、頬のたるみや構音障害など、患者の顔や声の異常を特定することで分析します。 結果は救急室医師が患者の重要な次のステップをより迅速に決定するのに役立ちます。最終的に、こ

研究者たちは、スマートフォン顕微鏡を用いて唾液サンプルを分析し、約10分で結果を出すCOVID-19検査法を開発しました。この方法は、既存の鼻咽頭スワブ抗原検査の速さと、鼻咽頭スワブPCR（ポリメラーゼ連鎖反応）検査の高精度を兼ね備えています。彼らはもともとノロウイルス——クルーズ船で広まることで有名な微生物——を検出するために作った安価な方法を応用し、スマートフォン顕微鏡を使用しています。以前に開発された生理食塩水うがい検査と組み合わせて使用する計画です。 ノロウイルスや他の病原体の従来の検出法は、高価、大規模な実験室設備が必要、または科学的専門知識を要することが多いです。スマートフォンベー

CubeSatは宇宙探査の主要プレーヤーとなりました。その小型サイズと比較的低コストにより、近年は商業打ち上げの人気選択肢となっていますが、このような衛星を宇宙で推進するプロセスには多くの問題があります。 技術はそれらの主要問題の一つに対処するために開発されました：CubeSatの推進システムを開始する点火システムの不確実性です。現在の点火システムは信頼性が低く、衛星の寿命中に重大かつ不可逆な損傷を受ける可能性があります。 新しい低エネルギートリガー技術はナノ秒パルスを使用し、点火と推進システムが非常に長期間確実に機能できるようにします。点火システムは150万パルス以上でテストされ、テスト後も

バネやモーターで駆動されるエクソスケルトンは、関節がユーザーのものと整列していないと痛みや怪我を引き起こす可能性があります。このリスクを軽減するため、エクソスケルトンと着用者が滑らかに調和して動いているかをテストする新しい測定法が開発されました。 この手法は、映画製作者がCGキャラクターに命を吹き込むために使用するモーションキャプチャ技術に類似した光学追跡システム（OTS）です。OTSは光を放射し、注目対象に配置された球形マーカーで反射した光を捕捉する特殊カメラを使用します。コンピュータが3D空間でのラベル付きオブジェクトの位置を計算します。このアプローチで、エクソスケルトンの動きと、ユーザ

ほとんどのウイルス検査キットは、労力と時間を要する実験室での準備と分析技術に依存しています。例えば、新型コロナウイルス検査では鼻咽頭スワブからウイルスを検出するのに数日かかることがあります。研究者たちは、ウイルスと細菌病原体向けの安価かつ感度の高いスマートフォンベース検査デバイスを実証しました。約30分で完了し、コストは約50ドルです。 現在、デバイス外でいくつかの準備ステップが必要ですが、チームは必要な試薬をすべて含むカートリッジを開発中で、完全一体型システムを目指しています。他の研究者たちは新型コロナウイルスゲノムを用いてCOVID-19向けモバイル検査を開発し、容易に製造可能なカートリッ

センサーと通信ツールの強化により、軽量で携帯可能な電力供給がより困難になっています。研究者たちは今、熱エネルギーを電力に変換する新アプローチを実証し、将来の戦場での兵士向けにコンパクトで効率的な電力を提供できる可能性を示しました。 高温物体は光子の形で光を周囲に放射します。放出された光子は光起電力セルで捕捉され、有用な電気エネルギーに変換できます。このエネルギー変換アプローチは遠場熱光起電力（FF-TPV）と呼ばれ、長年開発されてきましたが、電力密度が低く、したがってエミッタの高動作温度を必要とします。 新アプローチでは、エミッタと光起電力セルの距離をナノスケールまで縮め、同じエミッタ温度でF

異なる波長の光にチューニング可能な赤外線発光ダイオード（LED）を備えたスマートデバイスにより、冷蔵庫が食品の腐敗を知らせることが可能になります。このデバイスは一連のガスを特定でき、致死性ガスも含まれる可能性があり、消防士、鉱山労働者、軍隊、配管工の安全性を向上させます。 赤外線（IR）分光計は、人間の目には見えない赤外線シグネチャーを分析することで異なる物質を特定する一般的な実験室装置です。AMラジオが異なる周波数の電波にチューニングできるのと同様に、IR分光計は異なる波長にチューニングでき、ガスサンプルの広帯域分析が可能です。しかし、これらの装置は大型で高価であり、通常実験室から現場へ持ち

研究者たちは、トランジスタの欠陥を検出・計数する高感度な方法を開発・テストしました。これは次世代デバイス向け新材料を開発する半導体業界にとって喫緊の課題です。これらの欠陥はトランジスタと回路の性能を制限し、製品信頼性に影響を与えます。 典型的なトランジスタは、ほとんどの用途では基本的にスイッチです。オンのとき、電流が半導体の一方から他方へ流れ、オフにすると電流が止まります。これらの動作がデジタル情報のバイナリ1と0をそれぞれ生成します。 トランジスタ性能は、指定された電流がどれだけ確実に流れるかに批判的に依存します。トランジスタ材料の欠陥——望ましくない「不純物」領域や切れた化学結合——が電流

新しいタイプのCOVID-19検査戦略は、症例特定、変異株追跡、共感染ウイルス検出のプロセスを効率化する可能性があります。現在、これら3つの診断手順にはそれぞれ別々のアッセイと複雑なワークフローが関わり、通常は高度に専門化された施設で分析されます。研究者たちは今、これら3種類の検査を単一手順に統合し、COVID-19とSARS-CoV-2の多数の新興変異株のポイントオブケア追跡を可能にしました。 この検査は、ポータブルなアタッシュケースサイズのミニラボを用い、COVID-19スクリーニングとモニタリングの標準である遅く高価な技術を回避します。遺伝子手法（組換えポリメラーゼ増幅法と呼ばれる）とポ

研究者たちは、外部エネルギー入力なしで情報入力に知的に応答できる電子マイクロシステムを作成しました。まるで自律的な生物のようにです。このマイクロシステムは、超低電力電子信号を処理できる新型エレクトロニクスと、周囲環境から電力を生成する新型デバイスを組み込んで構築されています。マイクロシステムの両キーコンポーネントは、微生物から再生可能に生産され、電子廃棄物を出さない「グリーン」電子材料であるタンパク質ナノワイヤで作られています。 このプロジェクトは、チームによる最近の研究の継続的な進化を表します。以前、彼らはタンパク質ナノワイヤベースの空気発電機（Air-Gen）により、周囲環境/湿度から電力