电源/性能位:9月15日

高分辨率激光雷达
来自普渡大学(Purdue University)和École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL)的研究人员设计了一种改进激光雷达的方法，并通过提供附近快速移动物体的更高分辨率检测机械控制和调制硅晶片上的光。

“调频连续波”(FMCW)激光雷达通过扫描来自车辆顶部的激光来探测物体。一束激光分解成其他波长的梳子，称为微梳，扫描一个区域。光从物体上反弹，通过光学隔离器或循环器到达探测器，确保所有反射光最终都到达探测器阵列。

通过使用声波，该团队能够更快地调整这些组件。该系统集成了由氮化铝制成的MEMS传感器，可在兆赫到千兆赫的高频范围内调制微梳。传感器随后与氮化硅光子学晶圆集成。

一组相控MEMS换能器通过向硅芯片发射类似开塞钻的应力波，以千兆赫频率搅动光。普渡大学电气和计算机工程教授苏尼尔·巴韦(Sunil Bhave)说:“搅拌运动可以调节光，使其只能朝一个方向传播。”

此外，普渡大学电气与计算机工程博士候选人郝天指出:“大量声波的紧密垂直限制可以防止交叉对话，并允许执行器的近距离放置。”

其他换能器激发声波，以兆赫频率震动芯片，演示亚微秒控制和调谐激光脉冲微梳或孤子。

研究人员说，这种光调制技术不仅集成了力学和光学，而且还集成了相关的制造工艺，使该技术更具商业可行性。MEMS传感器简单地制造在氮化硅光子学晶圆上，只需进行最少的处理。

“这一成就连接了集成光子学、MEMS工程和非线性光学，代表了新兴芯片微梳技术的一个新的里程碑，”在EPFL微纳米技术中心领导氮化硅光子学芯片制造的Junqiu Liu说。

除了激光雷达，研究人员还看到了光调制技术在功率关键系统(如太空、数据中心和便携式原子钟)或极端环境(如低温环境)中的应用。

emi屏蔽MXene
德雷克塞尔大学和韩国科学技术研究院(KIST)的研究人员进行了调查钛碳氮化物并发现它具有优异的电磁干扰屏蔽性能。

碳氮化钛是二维材料MXene家族的一部分，在许多领域都表现出了良好的性能。特别是碳氮化钛，它能够比任何已知材料(包括目前大多数电子设备中使用的金属箔)更有效地阻挡和吸收电磁干扰。

“这一发现打破了电磁屏蔽领域存在的所有障碍。它不仅揭示了一种比铜更好的屏蔽材料，而且还显示了一种令人兴奋的新物理学的出现，因为我们看到离散的二维材料与电磁辐射的相互作用方式与大块金属不同，”德雷克塞尔工程学院的杰出大学巴赫教授Yury Gogotsi博士说。

最初，该小组研究了一种称为碳化钛的MXene，它被证明是一种有效的屏蔽材料。当研究小组调查其他材料时，他们发现了更好的东西。

德雷克塞尔大学材料科学与工程系的博士候选人Kanit Hantanasirisakul说:“与碳化钛相比，碳氮化钛的结构非常相似——它们实际上是相同的，只是其中一个用氮原子取代了一半的碳原子——但碳氮化钛的导电性差了一个数量级。”“因此，我们希望从根本上了解电导率和元素成分对EMI屏蔽应用的影响。”

在测试中，碳氮化钛材料薄膜阻隔EMI干扰的效果是相同厚度铜箔的3-5倍。

它的运作方式也有所不同。虽然大多数EMI屏蔽材料只是通过反射电磁波来阻止电磁干扰的渗透，但碳氮化钛实际上是通过吸收电磁波来阻止EMI的。材料的层状多孔结构和化学结构赋予了它这些特殊的特征，这些特征在退火过程中出现，

Hantanasirisakul说:“这是一种更可持续的处理电磁污染的方式，而不仅仅是反射波，反射波仍然会损坏没有屏蔽的其他设备。”“我们发现大部分的波都被分层的碳氮化MXene薄膜吸收了。这就像把垃圾踢开和捡起来的区别——这最终是一个更好的解决方案。”

研究人员说，这意味着它可以被用来单独覆盖设备内部的组件，即使它们被紧密地放置在一起，也可以抑制它们的EMI。

甲虫背包相机
华盛顿大学的研究人员制造了一种小型无线可操控相机，它小到可以由甲虫携带．该相机可以以每秒1到5帧的速度向智能手机传输视频，并安装在一个可以旋转60度的机械臂上。它重约250毫克。

华盛顿大学计算机科学与工程学院副教授希亚姆·戈拉科塔说:“我们发明了一种低功耗、低重量的无线摄像系统，可以从一只活生生的昆虫身上捕捉到正在发生的事情，也可以为小型机器人创造视觉。”“视觉对于通信和导航非常重要，但在如此小的规模上实现它极具挑战性。因此，在我们的工作之前，小型机器人或昆虫还不可能拥有无线视觉。”

捕捉广角、高分辨率的图像需要电力，而支持这种系统的电池对昆虫或微型机器人来说太重了。该系统的灵感来自于苍蝇的眼睛，苍蝇的眼睛只有一小块区域是高分辨率的视野，该系统使用了一个超低功耗的黑白相机，可以在机械臂的帮助下扫描整个视野。当对手臂施加电压时，它会弯曲，将相机移动到所需的位置，在那里它将停留大约一分钟，除非施加更多的电力。摄像头和手臂通过蓝牙在120米外的智能手机上进行控制视频显示相机在行动。

一只皮纳卡特甲虫背着相机探索华盛顿大学校园。(资料来源:马克·斯通/华盛顿大学)

威斯康星大学电气与计算机工程博士生维克拉姆·艾耶说:“移动摄像头的一个好处是，你可以在不消耗大量电力的情况下，从广角观察正在发生的事情。”“我们可以跟踪一个移动的物体，而不必花费能量来移动整个机器人。这些图像的分辨率也高于我们使用广角镜头时的分辨率，广角镜头会在更大的区域上产生相同数量的像素。”

研究人员将他们的可移动系统安装在两种不同类型的甲虫背上，一种是装死甲虫，另一种是皮纳卡特甲虫。华盛顿大学电气与计算机工程博士生Ali Najafi说:“我们确保甲虫在携带我们的系统时仍然可以正常移动。”“它们能够自由地穿过砾石，爬上斜坡，甚至爬树。”实验结束后，这些甲虫还存活了至少一年。

“我们在系统中添加了一个小型加速度计，以便能够检测到甲虫何时移动。然后它只在这段时间内捕捉图像，”Iyer补充道。“如果相机在没有加速度计的情况下持续流媒体，我们可以在电池耗尽前录制一到两个小时。有了加速度计，我们可以记录六个小时或更长时间，这取决于甲虫的活动水平。”

研究人员还将该相机应用于一种低功率、昆虫大小的地面机器人，这种机器人利用振动来移动。应用包括生物观察和探索难以到达的地方。