宇宙通信には、最大到達距離のために可能な限り感度の高いレシーバーが求められると同時に、高ビットレート動作も要求されます。受信機において、原理的に余分なノイズを加えないほぼノイズレスな光プリアンプを使用するレーザービームベース通信の概念が開発されました。このフリースペース光伝送システムは、位相感度増幅器（PSA）と呼ばれる既存のすべての光プリアンプとは対照的に、原理的に余分なノイズを加えない光増幅器に依存します。 この概念は、10ギガビット/秒のデータレートで、情報ビットあたりわずか1光子の受信感度を実証しています。このアプローチは、長距離宇宙通信リンクの到達距離とデータレートを拡張し、深宇宙ミ

NASAジョンソン宇宙センターのイノベーターたちは、Oceaneeringおよびフロリダ人間機械認知研究所と協力し、スプリットリングトルクセンサー（SRTS）を開発しました。これは光学センサーを用いて、回転システムの位置、速度、トルクを測定するデバイスです。 SRTSはNASAのX1ロボティックエクソスケルトンでの使用のために作られました。これは宇宙空間用の着用型運動マシンで、将来のミッションでNASA宇宙飛行士の脚の動きに抵抗を与えるよう設計されています。X1エクソスケルトンはベルト駆動シリーズ弾性アクチュエータ（SEA）にSRTSを実装し、競合設計よりも低プロファイル・低重量のシステムを実

SpinoffはNASAの年次刊行物で、商業化に成功したNASA技術を紹介しています。この商業化は、健康・医療、消費財、輸送、公共安全、コンピュータ技術、環境資源の分野で製品とサービスの開発に貢献しています。 新しいスマートグラスは、NASAで発明された技術を用いてユーザーの脳波を測定し、どれだけ注意を払っているかを伝えます。この技術はニューロフィードバックに基づいています。脳波を検出し、ユーザーに自身の脳活動の読み取り値を示します。練習により、ユーザーはそれを制御することを学べます。 1990年代、NASAラングレー研究センターでパイロット訓練に取り組んでいた科学者が、脳波出力を注意レベルの

研究チームは、環境センシング向けに伸縮性ウェアラブルガスセンサーを開発・試験しました。新開発のレーザー誘起グラフェンフォーム材料と、モリブデンジスルフィドと還元グラフェン酸化物ナノコンポジットの独自形態を組み合わせています。研究者たちは、ガス感受性ナノコンポジットのさまざまな形態（形状）が、極低濃度の二酸化窒素分子検知感度にどう影響するかを調べました。形態を変えるため、非常に微細に粉砕した塩結晶を容器に詰めました。 二酸化窒素は自動車から排出される有害ガスで、低濃度で肺を刺激し、高濃度では疾病や死を招きます。研究者たちがモリブデンジスルフィドと還元グラフェン酸化物の前駆体を缶に加えると、ナノコ

インピーダンス整合コーティングは、中・遠赤外（IR）放射を超薄型誘電体メンブレン上に吊り下げられた超高感度ボロメトリック検出器に結合する吸収体用途で使用されます。十分な応答性を得るには、ボロメトリック検出器の熱容量が低い必要があります。さらに、最適な信号対雑音比を得るには、入射放射のスペクトルフィルタリングが望ましいです。 従来の吸収体コーティングアプローチは経年劣化しやすく、機器の過渡光学効率を妨げます。また、従来の吸収体コーティングは熱容量が高く、低バックグラウンド極低温検出器の性能に影響を与えます。従来の吸収体コーティングは短波長限界で反応性が高く、結合効率を低下させます。さらに、一部の

光は、人間を含む多くの種において、概日リズム、季節サイクル、神経内分泌反応を調節する主要な刺激です。過去20年間、秋冬のうつ病（季節性情動障害、SAD）、非季節性うつ病、睡眠障害、月経機能障害、摂食障害の治療への光の利用が研究されてきました。さらに、シフトワークや大陸間航空旅行の課題に対する人間の概日生理学の再同調への光の利用も探求されています。 光に対する概日反応は、刺激の強度、波長、投与タイミングに依存します。位相応答曲線（PRC）は、光が与えられたときの概日相に対する光誘起リズムシフトを記述し、光に対するPRCは多くの種で類似性を共有します。 この発明は、425〜505nmの範囲でピーク

柔軟で伸縮性があり、電気伝導性を持つナノ材料MXeneを用いて、超薄型、電池不要、ワイヤレスデータ伝送可能な新規歪みセンサーが開発されました。MXeneの表面テクスチャーを制御することで、さまざまなソフトエクソスケルトン向けに歪みセンサーのセンシング性能を制御可能になりました。開発されたセンサー設計原則は、電子スキンとソフトロボットの性能を大幅に向上させます。 センサーはロボットアームに電子スキンのように塗布でき、伸縮時に微細な動きを測定します。ロボットアームの関節に配置すると、システムがロボットアームの動きの程度と静止状態からの相対位置を正確に把握できます。市販の歪みセンサーには、この機能を

高軌道衛星サービシングと惑星科学ミッションは、過酷な環境と長寿命ミッション、長距離・高速・高精度測定の必要性という独自の課題を抱えています。従来システムは、他のソリューションの市場投入コストが高く、信頼性に疑問があるという問題があります。 NASAゴダード宇宙飛行センターは、Kodiak 3D LiDARシステムを開発しました。これはマイクロ電気機械システム（MEMS）ビームステアリング、高性能再構成可能コンピューティング、システムレベル統合の深い理解で構成されます。Kodiakは3D MEMSスキャンLiDARと長距離・狭視野（FOV）望遠鏡を組み合わせ、柔軟で高性能な宇宙飛行レンジングシス

NASAゴダード宇宙飛行センターは、シリコン娘板上で3Dプリント技術を用いて印刷可能なナノセンサーとリードを開発しました。これは自己完結型プリアンプ印刷回路基板（PCB）に接続可能です。センサーはグラフェンセンサーアレイ（印刷されたCNTやMoS₂も機能）と、娘板に機械クリップとワイヤーボンディングで接続されたプリアンプ回路付きPCBで構成されます。センサー寸法は通常マイクロメートルから数百マイクロメートル。この革新によりガスセンサーの感度が向上し、ppbレベルの濃度（および単一分子の可能性）の検出が可能になります。 センサーは二次元材料ベースの電界効果トランジスタを使用し、アナライトに曝露さ

標的応答材料（TRM）を磁気弾性（M-E）センサーのアクチュエータとして用いる低コストセンサーテクノロジー、Chemical Identification by Magneto-Elastic Sensing（ChIMES）が開発されました（図1）。 TRMは多くの化学・生化学化合物クラスから選択でき、さまざまな選択性を持ちます。特定標的に強い親和性を持つTRMは単独で使用でき、分散した選択性を持つTRMはアレイとして形成し、人工ニューラルネットワークやその他のAIベースのツールで分析・解釈できます。磁気弾性成分は、高透磁率と極めて低い保磁力を持つアモルファス強磁性合金です。TRMが標的と遭遇

携帯電話はほぼ何でもできます。これらのデバイスを使えば、ビールのアルコール含有量や果物の熟度を判定することさえ可能になるかもしれません。現在化学分析に使用されている赤外分光計は一般的に数キログラムの重量があり、ハンドヘルドデバイスへの統合は困難です。 約2平方センチメートルのチップが開発され、従来の分光計と同様に赤外光を分析できるようになりました。従来の分光計では入射光を2つの経路に分け、2つのミラーで反射させます。反射光ビームは再結合され、光検出器で測定されます。一方のミラーを動かすことで干渉パターンが生成され、入射信号に含まれるさまざまな波長の割合を決定できます。化学物質は赤外スペクトルに

モビリティの未来は電気自動車、トラック、飛行機です。しかし、単一のバッテリー設計でその未来を支えることはできません。スマートフォンやノートPCのバッテリーでさえ、異なる要件と異なる設計を持っています。今後数十年にわたり必要とされるバッテリーは、それぞれの特定用途に合わせて調整される必要があります。つまり、各タイプのバッテリー内部で何が起きているかを可能な限り正確に理解することが求められます。 すべてのバッテリーは同じ原理で動作します。電気的電荷を持つ原子や分子であるイオンが、電解質と呼ばれる物質を通じて陽極から陰極へ電流を運び、また戻ります。しかし、液体であれ固体であれ、電解質内でのイオンの正

ハイブリッド車および電気自動車（EV）に使用されるリチウムイオン（Li-ion）電池にとって、水蒸気への曝露は死を意味します。水分が電池セル内に入り電解質と反応すると酸が生成され、その酸が発熱反応を引き起こし、サーマルランナウェイ（内部火災）を招く可能性があります。 セルの破壊的損傷は最悪のシナリオですが、酸の侵入を許すあらゆるセル漏れは問題です。「パック内で酸漏れが広範囲に及べば、それは保証問題であり、不満を持つ顧客を生むことになります」と、ガス分析装置メーカーInficonの自動車市場セールスマネージャー、Thomas Parker氏は語ります。 テスターガスと関連機器を用いたバッテリーパ

ウェアラブルおよび伸縮性のある健康モニタリング・診断デバイスを駆動する現在のバッテリーおよびスーパーキャパシタには、エネルギー密度が低い、伸縮性が限られるなど多くの短所があります。 バッテリーの代替として、マイクロスーパーキャパシタはウェアラブルデバイスでリチウムイオン電池を補完または置き換えるエネルギー貯蔵デバイスです。マイクロスーパーキャパシタはフットプリントが小さく、高い電力密度を持ち、急速な充放電が可能です。しかし、ウェアラブルデバイス向けに製造される従来のマイクロスーパーキャパシタは、「サンドイッチ型」の積層構造をとるため、柔軟性が乏しく、イオン拡散距離が長く、ウェアラブルエレクトロ

南カリフォルニア大学（USC）のIraj Ershaghi教授と研究チームは、太陽光や風力発電の主要な課題であるエネルギー貯蔵の解決策として、休眠状態の油ガス井戸を活用する方法を見出しました。 Tech Briefs: このアイデアはどこから生まれたのですか？ Iraj Ershaghi教授 この国の大きな問題の一つは、生産寿命を終え、永久に放棄しなければならない大量の油ガス井戸をどう処理するかです。井戸の放棄は、すべての石油会社が直面する主要課題です。メジャー企業だけでなく、放棄費用を負担できない中小企業は破産して放棄することもあります。その場合、責任は州に移り、放棄費用は莫大になり

あらゆる製造施設において最も重要な側面の一つはセキュリティです。機械やデータを守るためのものです。Tech Briefsは、ネットワークおよび施設セキュリティソリューションを提供する企業のエグゼクティブに、サイバーセキュリティ、クラウド、ワイヤレスデバイス、リモートワークフォースの保護などについて質問し、彼らの見解を聞きました。 参加者：Mike Jabbour氏（Siemens Digital Industries デジタル接続および電力担当ジェネラルマネージャー）、Mike Lloyd氏（RedSeal 最高技術責任者）、Radu Pavel氏（TechSolve 最高技術責任者兼チーフ

IoTとインダストリー4.0が製造現場を変革 モノのインターネット（IoT）および第4次産業革命（インダストリー4.0）は、現代の製造業における不可欠なパラダイムとなり、メーカーの運営方法や計画に大きな影響を与えています。全体設備効率（OEE）の改善はIoTの重要な要件であり、OEEを最適化するには、品質検査室および製造現場から収集される測定・検査データを含め、組織全体で正確かつ最新のデータを把握することが必要です。 測定・検査データ収集のスピード・量・精度が鍵 測定・検査データの収集速度、量、精度を高めることは、効率改善と高品質な部品の安定生産に不可欠な強力な洞察をもたらします。品質管理の

現代生活はモバイルバッテリー駆動デバイスに大きく依存しており、通信機器から輸送車両まで日常生活のあらゆる側面に影響を与えています。効率的でコスト効率の良い電池への需要は増大しています。従来の電池には多くの懸念があり、地球温暖化と廃棄物蓄積への意識が高まる時代において、生産は持続可能な開発の原則とプロセスに沿ったものでなければなりません。 ナノダイヤモンド電池（NDB）は、ダイヤモンドベースのアルファ、ベータ、中性子ボルタイック電池で、高出力であり、既存の化学電池の限界を克服し、多数のアプリケーションに生涯にわたるグリーンエネルギーを提供できます。NDBは小さな原子力発電機のように機能します。N

シンガポール国立大学（NUS）の研究チームが、既存技術と比較して微小な動きを測定する際に10倍敏感な、ナノ材料歪みセンサーの新シリーズを開発し、産業用ロボットアームの安全性と精度向上への第一歩を踏み出しました。 MXeneと呼ばれるフレキシブル、伸縮性、導電性のナノ材料を使用して作製されたこれらの新しい歪みセンサーは、超薄型、電池不要、ワイヤレスでデータ伝送可能です。これらの望ましい特性により、新しい歪みセンサーは幅広い用途に潜在的に使用できます。 Chen Po-Yen助教は、「従来の歪みセンサーの性能は常にセンシング材料の性質によって制限されてきたため、ユーザーは特定の用途向けにセンサー

ハッカーは、回路内のキートランジスタが何をしているかを発見することでチップ上の回路を複製できます——しかしトランジスタの「タイプ」が検出不能なら話は別です。パデュー大学のエンジニアたちが、ブラックリン（黒リン）と呼ばれるシート状材料でトランジスタを作ることで、どのトランジスタがどれかを判別不能にする方法を実証しました。 チップのリバースエンジニアリングは一般的な慣行です——ハッカーも、知的財産侵害を調査する企業も行います。研究者たちは、チップに触れずにリバースエンジニアリングできるX線イメージング技術も開発しています。 パデュー研究者たちが実証したアプローチは、より根本的なレベルでセキュリテ