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DARPA“近零功耗射频和传感器工作”项目取得阶段性研究成果
2017-09-12


[DARPA网站2017911日报道]研制一种微型传感器,用于检测热排气管、着火的木头、乃至于人类的红外波长特征。这种传感器将在长达数年不消耗电池能量处于休眠和无人看管的情况下却能时刻保持警觉。这种传感器的检测活动一旦被激活就能发射信号,提醒战士、消防员或其他人已经检测到感兴趣的信号。这是一种情报、侦察与监视技术,能够在提高态势感知能力的同时,最小化对替代旧电池维护任务的需求,以避免可能的危险。



2017911日的自然纳米技术杂志网站上,美国东北大学研究团队,在电气与计算机工程助理教授马特里奥·纳尔蒂(Matteo Rinaldi)的领导下,报告了利用被波士顿研究团队称之为等离子增强微机械光开关的器件,实现了高难度的DARPA“近零功耗射频和传感器工作N-ZERO)项目。



DARPA微系统技术办公室N-ZERO项目的项目经理特洛伊·奥尔森(Troy Olsson)表示:东北大学研制的红外传感器技术的实际意义在于,当要检测的红外线波长不存在时,传感器消耗的待机功率为零;当要检测的红外线波长出现时,来自红外线源的能量就会加热传感部件,进而引起传感器关键部分的物理活动。这些活动使得已经打开的电路被关闭,从而发出信号,表示目标红外信号已经被检测到。



该传感器展示了聪明的物理和工程机制,包括一个纳米级的斑块阵列,其特定的尺寸限制其只能吸收特殊波长的红外线。纳尔蒂表示:“在被称为等离子激元(类似于水面上的涟漪)的电荷激发下,受到纳米级斑块的局限,将特定波长的红外线俘获到超薄结构当中,导致其温度大幅、迅速上升。”温度尖峰脉冲引发一系列前序事件,使传感器其他部分的电路改变形态。



纳尔蒂指出:“该技术具有多重传感成分——每种都能吸收特定的红外线波长。这些传感成分结合在一起,就形成了能够分析红外光谱的复杂逻辑电路。这种方法不仅可以探测环境中的红外能量,而且可以确定这种能量是来自于火灾、车辆、人还是其他红外线源。”



以利用车辆的红外辐射识别车辆类型为例。燃烧汽油或柴油燃料的发动机在其废气中排放出化合物。这些化合物中含有二氧化碳、一氧化碳、水、各种氮氧化物和硫氧化物,以及甲烷等碳氢化合物。N-ZERO 项目的研究团队成员钱振云(Zhenyun Qian)解释说:结果,来自于卡车、汽车或飞机热尾气的红外线光谱本身就可以作为特定车辆类型的标志。



N-ZERO项目的主要目标是开发基础技术,为发展与国家安全相关的新的更有能力的传感器系统开辟道路。东北大学研究团队在其刊登在自然纳米技术杂志上的论文中指出,在不久的将来,随着物联网扩大到包含汽车、家用电器和远程部署传感器等数以千亿计的设备,此类技术将变得非常重要。美国东北大学的研究人员在他们的论文中预测:“只在有用信息出现时才消耗能量,将导致无人值守传感器的持续工作时间几乎不受限制,可以用于检测发生频率并不频繁但对响应时间非常敏感的事件,这将对物联网的应用普及带来奠基性的影响。(工业和信息化部电子第一研究所  王巍)



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