系统日期:1月30日

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据介绍，尽管联网智能设备已经渗透到许多行业和私人家庭，但这一技术现象基本上没有影响到研究实验室麻省理工学院研究人员。直到现在，电子表格、个人软件程序，甚至笔和纸仍然是学术和工业实验室记录和共享数据的标准工具。

TetraScience该公司由电气工程和计算机科学专业毕业的王四平(Siping Wang)联合创立，开发了一个数据集成平台，将不同类型的实验室设备和软件系统、内部和外包的药物开发商和制造商连接起来。然后，它将来自所有这些来源的数据统一到云中，以实现更快速、更准确的研究、节省成本和其他好处。

TetraScience联合创始人王四平(音译)毕业于电气工程和计算机科学专业
来源:麻省理工学院

“(实验室里的)软件和硬件系统无法以一致的方式相互通信，”王说，他与前哈佛大学博士后塞尔瓦托·萨沃和阿洛克·塔伊共同创立了这家初创公司。“数据以一种非常分散的方式在系统中流动，在生命科学中有很多孤立的数据集。人们必须手动复制粘贴信息或将其写在纸上，这是一个漫长的手动过程，很容易出错。”

TetraScience开发了一款物联网(IoT)中心，可以插入大多数实验室设备，包括冰柜、烤箱、孵化器、秤、pH计、注射泵和高压灭菌器。hub还可以持续收集相关数据，如湿度、温度、气体浓度和氧气水平、振动、光照强度和大量气流，并将其发送到TetraScience在云端的集中式数据集成平台。TetraScience还为更复杂的仪器和软件提供自定义集成方法。

在云仪表板中，研究人员可以实时监控设备，并在任何设备偏离理想状态时设置警报。数据显示为图表、图表、百分比和数字-有点类似于易于阅读的谷歌分析仪表板。随着时间的推移，可以跟踪设备的使用情况和效率，以确定，例如，冷冻室是否在缓慢变暖，损害了样品。研究人员还可以梳理几十个存档数据，所有这些数据都位于一个地方。

“我们的技术是在生命科学实验室的不同实体、软件和硬件之间建立一个‘数据高速公路’系统。我们让数据变得无缝、更快、更准确、更高效。”王说，他凭借TetraScience的工作入选了今年福布斯30位30岁以下创新者榜单。

变形有机晶体改善塑料电子

它有可能为低功耗电子设备、医疗电子设备和多功能形状记忆材料的发展打开大门，伊利诺伊大学研究人员已经确定了一种触发机制形状记忆现象用于塑料电子产品的有机晶体。这种可变形的结构材料是由金属合金制成的，但新一代经济的可打印塑料电子产品应该也能从这种现象中受益。

伊利诺伊州化学和生物分子工程教授Diao Ying(右)和研究生Hyunjoong Chung是一个团队的成员，他们已经确定了一种机制，可以触发塑料电子产品中使用的有机晶体的形状记忆。
来源:伊利诺伊大学

研究小组表示，这种形状记忆现象发生在两种有机半导体材料中。

使用形状记忆技术的设备包括可膨胀支架，它可以打开和打开阻塞的人体血管，通过热、光、电信号或机械力将信息通过设备传递，告诉它们膨胀、收缩、弯曲并变回原始形态——并且可以重复这样做，就像蛇收缩着吞下它的晚餐一样。研究人员指出，这种效应适用于金属，但在合成有机材料中仍然难以实现，因为用于制造它们的分子非常复杂。

“形状记忆现象在自然界中很常见，但我们并不确定大自然在分子水平上的设计规则，”化学和生物分子工程学教授、该研究的合著者刁应(音)说。“大自然使用的有机化合物与目前市场上形状记忆材料中使用的金属合金非常不同。在自然形成的形状记忆材料中，分子是协同转换的，这意味着它们在形状变化过程中一起移动。否则，这些材料就会碎裂，形状的变化就不会是可逆的和超快的。”

今天的电子产品依赖晶体管来开关，这是一个非常耗能的过程。该团队认为，如果他们可以在塑料半导体中使用形状记忆效应，以合作的方式调节电子特性，就需要非常低的能量输入，可能有助于低功耗和更高效的电子产品的进步。

他们目前正在用热来演示形状记忆效应，但正在用光波、电场和机械力进行实验，以供未来的演示。他们还通过调整材料的分子结构来探索形状记忆机制的分子起源，并且已经发现，改变分子中的一个原子就能显著改变这种现象。

Brain-inspired计算
计算机架构的最大挑战之一是将存储、内存和处理集成到一个单元中，这将使计算机更快、更节能，而现在，格罗宁根大学研究人员通过将铌掺杂的钛酸锶(SrTiO3)半导体与铁磁钴相结合，在界面上创建了具有存储能力的自旋忆阻器，为实现这一目标迈出了一步神经形态计算架构．

该器件结合了半导体的忆阻效应和一种称为隧道各向异性磁电阻(TAMR)的自旋现象，并在室温下工作。SrTiO3半导体在与钴连接时具有非易失性可变电阻:可以使用电场将其从低电阻变为高电阻并返回。这就是所谓的电阻效应。

功能材料自旋电子学教授Tamalika Banerjee
资料来源:格罗宁根大学

此外，当在钴平面内外的同一界面上施加磁场时，这表明TAMR自旋电压可调1.2 mV。在室温下，同一器件的TAMR值和电阻值同时发生巨大变化，这在其他材料体系中从未得到证实。

在格罗宁根大学泽尼克先进材料研究所工作的功能材料自旋电子学教授Tamalika Banerjee解释说:“这意味着我们可以在忆阻器中以非易失性的方式存储额外的信息，从而创建一个非常简单而优雅的集成自旋忆阻器设备，可以在室温下工作。”

含铁磁钴的铌掺杂钛酸锶(SrTiO3)半导体的TAMR和电阻图左上:Co对Nb掺杂SrTiO3氧化物半导体的简单器件和四探针测量方案。右上:在室温下，由于磁化方向相对于电流流动方向旋转时，结洞电导发生了变化，从而获得了较大的TAMR值。左下:使用相同的器件几何形状来研究相同结的电阻状态(右下)。
资料来源:格罗宁根大学

到目前为止，结合基于自旋的存储、内存和计算的尝试一直受到复杂架构和其他因素的阻碍。

班纳吉群器件成功的关键是钴和半导体之间的界面。“我们已经证明，一纳米厚的氧化铝绝缘层可以使TAMR效应消失。设计这个界面花了不少功夫。我们通过调整半导体的铌掺杂来实现这一点，从而调整界面的潜在格局。同样的共存不能用硅作为半导体实现:你需要SrTiO3中的重原子在界面处进行自旋轨道耦合，这是在室温下产生巨大TAMR效应的原因，”她说。

研究人员认为，这些设备可以用于类脑计算机架构中，起到连接神经元的突触的作用。突触会对外部刺激做出反应，但这种反应也取决于突触对先前刺激的记忆。

该团队目前正在考虑如何在此基础上创建一个受生物启发的计算机体系结构，这样的系统将脱离经典的冯·诺伊曼体系结构。它最大的优点是预计会消耗更少的能量，从而产生更少的热量。这将有助于“物联网”，在物联网中，连接不同的设备和网络会产生不可持续的热量。