研究报告:10月10日

一次性水活化电池

Empa的研究人员开发了一种水活化一次性纸电池这可以用于低功耗、一次性电子产品，如用于跟踪物体的智能标签、环境传感器和医疗诊断设备。

该电池由至少一个1平方厘米的电池组成，由打印在矩形纸上的三种墨水组成。一种盐，在这种情况下是氯化钠(食盐)，分散在纸上，它的一个较短的一端浸在蜡中。一种含有石墨薄片的墨水(作为阴极)被印在纸的一面，而一种含有锌粉的墨水(作为阳极)被印在纸的反面。另一种含有石墨薄片和炭黑的墨水印在纸的两面，在另外两种墨水的上面。这种墨水组成了电流收集器，将电池的正极和负极连接到两根电线上，这两根电线位于蘸过蜡的纸的一端。

研究人员解释了电池的工作方式:当加入少量水时，纸中的盐溶解，带电离子释放出来，从而使电解质具有离子导电性。这些离子通过分散在纸上激活电池，导致阳极墨水中的锌被氧化，从而释放电子。通过关闭外部电路，这些电子可以通过含有石墨和炭黑的墨水从含锌的阳极转移到石墨阴极，在那里它们被转移到环境空气中，从而减少氧气。这些氧化还原反应产生电流，可以用来为外部电子设备供电。

纸电池由两个电化学电池组成——在纸条的两端——由一个水屏障隔开(字母“m”和“p”之间)并串联起来。(来源:电子探针)

为了演示该设备，该团队将两个电池合并为一个电池，以增加工作电压，并用它为带有液晶显示器的闹钟供电。对单电池性能的分析显示，在加入两滴水后，电池在20秒内激活，并且在没有连接到耗能设备时，达到了1.2伏的稳定电压。

一小时后，由于纸张干燥，单芯电池的性能明显下降。然而，在研究人员额外加入两滴水后，电池在一个多小时内保持了0.5伏的稳定工作电压。

Empa纤维素和木材材料实验室的古斯塔夫Nyström说:“我们的新电池的特别之处在于，与许多使用金属箔的金属空气电池不同，我们的设计只允许在墨水中添加特定应用实际所需的锌。”纸张和锌的选择也意味着电池是可生物降解的。

并行多语言脚本

来自麻省理工学院、宾夕法尼亚大学、XIV Staszic高中、Aarno实验室和史蒂文斯理工学院的研究人员提出了一种方法加快项目在Unix shell中运行而不会产生错误。被称为粉碎，该系统旨在实现以多种语言编写的脚本的并行化，允许它们在多个处理器上运行。

当一个程序用一种语言编写时，开发人员有关于其特性和语言的明确信息，这些信息可以帮助他们确定哪些组件可以并行化。但是这些工具对于Unix shell中的脚本并不存在。用户不容易看到组件内部发生了什么，也不容易提取有助于并行化的信息，”麻省理工学院新闻办公室的Adam Zewe说。为了克服这个问题，PaSh使用了一个预处理步骤，将简单的注释插入到它认为可以并行的程序组件中。然后，PaSh在程序运行时，在到达每个组件的确切时刻，尝试并行化脚本的这些部分。”

Unix shell脚本在数据分析和软件工程任务中发挥着关键作用。通过使它们调用的不同程序利用现代cpu中可用的多个处理单元，这些脚本可以更快地运行。然而，shell的动态特性使得提前设计并行执行计划变得困难，”雅典经济与商业大学软件工程教授、代尔夫特技术大学软件分析教授Diomidis Spinellis说，他没有参与这项研究。“通过即时分析，psh - jit成功地克服了shell的动态复杂性，从而减少了脚本执行时间，同时保持了相应结果的正确性。”

这种“即时”并行化方法避免了试图提前预测程序的行为，研究人员认为，与试图提前执行并行化的传统方法相比，这种方法能够有效地加速更多的组件。Zewe指出，它还确保了准确的结果:“如果PaSh到达了一个不能并行化的程序组件(也许它依赖于一个尚未运行的组件)，它就会简单地运行原始版本并避免引起错误。”

“有很多人在使用这类程序，比如数据科学家、生物学家、工程师和经济学家。现在他们可以自动加速程序，而不用担心会得到错误的结果，”麻省理工学院计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的研究科学家Nikos Vasilakis说。“不管性能上有什么好处——如果你承诺让某个东西在一秒钟而不是一年之内运行——如果有任何返回错误结果的机会，就没有人会使用你的方法。”

在对数百个脚本的测试中，PaSh没有破坏任何程序，并且能够以平均六倍的速度运行程序。“我们的系统是第一个显示这种完全正确的转换类型的系统，但也有间接的好处。我们系统的设计方式允许其他研究人员和工业用户在这项工作的基础上进行构建，”Vasilakis补充道。

下一步，Vasilakis希望使用PaSh来解决分配问题——将一个程序划分为在多台计算机上运行，而不是在一台计算机上运行多个处理器。他还希望改进注释方案，使其更加用户友好，能够更好地描述复杂的程序组件。

室温热电技术

来自皇家理工学院、瓦伦西亚大学和华威大学的研究人员开发了一种新型智能手机热电涂层它可以从室温下运行的设备中获取能量。

当热电材料的一端被加热时，载流子从热端移向冷端，从而产生电流。该团队的混合热电材料适用于产生低于100°C热量的设备，并将固态半导体与聚合物等柔性材料集成在一起，以配制墨水。

KTH材料化学教授穆罕默德·托普拉克(Muhammet Toprak)说，这种涂层可以应用于任何可以散热以产生电力的表面。“这些结果为大规模生产和实施热电涂料开辟了一种新的低成本和可持续的方式。从短期来看，这预计将对物联网和其他低功耗应用产生影响。它可以以可穿戴电子产品的形式作为涂层集成，从而取代电池。”

Toprak补充说:“从长远来看，随着更可持续的无机热电材料组合物和可持续的生物聚合物的使用，如纤维素和木质纤维素(或植物物质)，这种技术的大面积使用将影响热电技术的适应性，以有效地收集热量到电能，作为绿色过渡的补充手段。”