電子發(fā)燒友網(wǎng)最新前沿技術(shù)精彩賞析(一)

電子發(fā)燒友網(wǎng)訊：一個(gè)優(yōu)秀的技術(shù)工程師不可能只是沉浸于一個(gè)狹小的技術(shù)領(lǐng)域中閉門造車，足夠優(yōu)秀的工程師總是能在工程設(shè)計(jì)中運(yùn)用發(fā)散思維整合各種最新科技或前沿技術(shù)，打開創(chuàng)意產(chǎn)品設(shè)計(jì)之門，為通往優(yōu)秀工程師之路上積聚點(diǎn)滴技術(shù)精華而添磚加瓦。為供電子發(fā)燒友網(wǎng)工程師讀者參考之需，電子發(fā)燒友網(wǎng)整合了令人拍案叫絕的《電子發(fā)燒友網(wǎng)最新前沿技術(shù)精彩賞析》系列絕對新科技文章，本文為第一期，后期還將陸續(xù)推出其他相關(guān)系列，敬請留意。

一、風(fēng)靡全球的各種隱身技術(shù)

回顧2006年哈利-波特曾在工程學(xué)領(lǐng)域中風(fēng)靡一時(shí)。那一年杜克大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)建造了第一個(gè)用于物體隱身的基礎(chǔ)裝置，類似于巫師哈利波特的隱形斗篷。但是從電影中的技術(shù)上說，哈利波特現(xiàn)在已經(jīng)過時(shí)了。在過去的6年里，科學(xué)家們已經(jīng)超越了看不見的隱形技術(shù)：如果他們能夠制造避開光波的斗篷，那么為什么不能設(shè)計(jì)出能避開聲音甚至是海浪的材料呢？

一套完整的隱身斗篷目前正在設(shè)計(jì)當(dāng)中，都是依靠原始模型的相同設(shè)計(jì)原理進(jìn)行建造的。當(dāng)我們察覺到一個(gè)物體的時(shí)候，事實(shí)上我們察覺到的是能量波動(dòng)從物體上反彈出來的擾動(dòng)。杜克大學(xué)設(shè)計(jì)的斗篷是由一種名為“超材料”的人造材料所打造，能夠彎曲物體周圍的光波來避免出現(xiàn)那樣的擾動(dòng)，讓光波就像石頭周圍的溪流一樣繼續(xù)流動(dòng)。毫無疑問的是，那種技術(shù)并不僅僅局限于光線。在最新的設(shè)計(jì)當(dāng)中，將適用于各種各樣的其它波動(dòng)，有可能取消聲音污染并且保護(hù)城市免受地震災(zāi)害。與此同時(shí)，科學(xué)家們繼續(xù)從事最初的隱形概念研究，這項(xiàng)工作也引發(fā)了軍 隊(duì)監(jiān)測部門的眾多興趣。

工程材料打造的隱形斗篷能夠彎曲物體周圍的光線和其它能量波動(dòng)

1、可見光隱形

技術(shù)：德國卡爾斯魯厄大學(xué)托爾加-埃爾金和約阿希姆-費(fèi)舍爾領(lǐng)導(dǎo)的一組物理學(xué)家去年第一次設(shè)計(jì)出一種能夠彎曲光線的面料，制造出一件能夠從任何角度避開人類視線的斗篷。

制造材料：一種堅(jiān)硬的合成高分子材料組成的細(xì)小桿條，間距大約為350納米（十億分之一米），這種間隙小到足以改變可見光的光波。

如何工作：作為一次測試，研究人員們把斗篷放在一個(gè)平整的表面上并在中間留下了一個(gè)隆起。斗篷彎曲了隆起附近的照射光線并且把光線反射回來就好像光線照射在了一個(gè)平面上。觀察者從來都不知道隆起的存在。

應(yīng)用：目前這件斗篷只能夠在平面上隱藏小的物體。但是最終，科學(xué)家們希望能夠按比例放大并且能在太空中的任何地方隱藏更大的物體。美國國防高級研究計(jì)劃局（Darpa）在2001年開始投資進(jìn)行超材料研究，雖然并未透露具體的目的，但經(jīng)銷商當(dāng)然會對能夠隱藏士兵和軍事裝備的斗篷感興趣。

2、聲音斗篷

技術(shù)：去年杜克大學(xué)的工程師史蒂文-庫莫爾領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一件斗篷能夠讓物體在聲波中隱形。

制造材料：一毫米厚的塑料薄板組成的成疊薄板。（這些斗篷所包含的工程學(xué)技術(shù)不僅困難而且單調(diào)。）塑料板上的孔和排列能讓斗篷改變聲波。

如何工作：它隱藏物體的方式非常類似于埃爾金的隱身斗篷。庫莫爾把有孔的塑料薄板放置在一塊10厘米長的木塊上。斗篷把傳播向木塊的聲波彎曲了，因此聲波就避開了斗篷區(qū)域似乎那里并不存在物體。如果這塊木塊有耳朵的話，它將聽不到斗篷外的任何聲響。

應(yīng)用：音波斗篷能夠縱向和橫向控制音樂廳里的聲波讓每個(gè)座位都能得到完美的音響效果，或者阻擋隔壁工作間那些饒舌的同事所帶來的噪音污染。這樣的斗篷也能夠讓潛水艇躲過敵人的聲納檢測，庫莫爾把它認(rèn)為是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗荒馨押竦乃芰蠄D層面板安裝到軍 隊(duì)的潛水艇上。

3、地震隱形

技術(shù)：去年二月韓國木浦國立海洋大學(xué)的Sang-Hoon Kim和澳大利亞國立大學(xué)的穆昆達(dá)提出了地震隱形的藍(lán)圖，這種隱形能夠建筑物免受地震危害。

制造材料：大量的巨大混凝土圓柱，直徑在60-200英尺，每根柱子都鉆有小孔來控制地震波。這些圓柱將被埋入地下，并且圍繞建筑物的地基排列。

如何工作：地震波在地球上傳播就像聲波在空氣中傳播一樣，因此這個(gè)理念類似于聲音斗篷。不同之處是工程師不僅僅想控制建筑物周圍的地震波，因?yàn)檫@樣做結(jié)果會對其它建筑物造成損害。這就是使用厚混凝土的原因，當(dāng)圓柱偏轉(zhuǎn)地震波的時(shí)候，它們也承受了一些地震波的能量并且轉(zhuǎn)化成熱量和聲音。被隱形的建筑物幾乎不會震動(dòng)，而它周圍的建筑物將經(jīng)歷一場減弱之后的地震。

應(yīng)用：目標(biāo)是保護(hù)核反應(yīng)堆、水壩、機(jī)場、政府機(jī)關(guān)以及其它敏感和基本的基礎(chǔ)設(shè)施免受地震損壞。金博士期望與工程師們探討并且很快建造出小規(guī)模的測試模型。

4、水中隱形

技術(shù)：去年杜克大學(xué)工程師亞羅斯拉夫-烏爾朱莫夫和大衛(wèi)-史密斯提出一種方法使輪船在水中航行的時(shí)候隱身。

制造材料：小型引水葉片組成的網(wǎng)絡(luò)和圍繞在輪船底部的水泵。

如何工作：當(dāng)輪船向前行駛的時(shí)候，它帶著水一起前行并且在背后留下水紋。烏爾朱莫夫的奇妙裝置將在船頭抽上水來，在船上控制水流，并且在船尾放掉水。船后面的釋放的水流將以船頭水流相同的速度前行而且方向不變。結(jié)果就會使船在不干擾水流的情況下在水面上穿行。

應(yīng)用：烏爾朱莫夫稱輪船將至少十年內(nèi)不會實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，但是其中的收益值得我們等待。隱身的輪船能夠移動(dòng)的更加迅速，因?yàn)橹車乃畮Ыo它們很小的阻力。船尾沒有痕跡也使它們更難以追蹤。它聽起來就像是某種能讓海軍官員流口水的東西，而正是海軍以資金支持的方式在幫助杜克大學(xué)的研究。

二、美日科學(xué)家聯(lián)合開發(fā)肥皂泡薄膜投影技術(shù)

一個(gè)由日本東京大學(xué)（University of Tokyo）、美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)（Carnegie Mellon University）和筑波大學(xué)（University of Tsukuba）的科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)日前展示利用肥皂泡泡薄膜形成一種具動(dòng)態(tài)紋理的視頻投射顯示器屏幕應(yīng)用。

通過可控制屏幕透明度與表面狀態(tài)的超音波振動(dòng)方式，讓這種肥皂泡薄膜具有背光且屏幕上還能顯示動(dòng)態(tài)影像。這種超音波改變了泡泡的表面張力，從而影響投射影像的視覺結(jié)構(gòu)。

“我們利用結(jié)合兩種膠狀液的混合物開發(fā)出超薄且靈活的雙向反射分布函數(shù)（BRDF）屏幕。過去針對動(dòng)態(tài)BRDF顯示器方面一直有多項(xiàng)研究投入。然而，我們的研究工作在許多方面都不一樣。我們的薄膜屏幕可以利用超音波振動(dòng)來控制。依據(jù)超音波的范圍不同，就可以改變薄膜的透明度與表面狀態(tài)，”東京大學(xué)落合陽一 （Yoichi Ochiai）由在其博客中寫道。

然而，這種顯示器實(shí)際或理論上最大可達(dá)到多大的尺寸或分辨率仍無從得知。而這種由膠狀液體制造出來的肥皂泡，落合也表示并不容易產(chǎn)生。

不過，根據(jù)實(shí)際的視頻證據(jù)顯示，這種肥皂泡薄膜具有強(qiáng)大的表面張力且具可塑性，能讓潮濕物體穿過也不會被戳破或發(fā)生改變。此外，盡管制造過程仍具爭議性，但其僅肥皂泡薄膜般的厚度可說是至今最輕且薄的。

這種肥皂泡顯示方式還可支持多個(gè)屏幕同時(shí)使用，實(shí)現(xiàn)3D動(dòng)態(tài)效果；預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)將可擴(kuò)展至視頻影像與圖片以外的廣泛應(yīng)用，為顯示領(lǐng)域帶來革命。性的變化。

落合及其研究小組們已在視頻網(wǎng)站上發(fā)布這項(xiàng)肥皂泡顯示器研究的視頻短片。

三、谷歌大型數(shù)據(jù)中心的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模擬技術(shù)啟動(dòng)

谷歌（Google）已經(jīng)開始啟用一種分布于該公司大型數(shù)據(jù)中心內(nèi)的大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（neural network）軟件模擬技術(shù)，來研究標(biāo)記數(shù)據(jù)和自主學(xué)習(xí) （self-taught learning）之間的差異；谷歌的大型數(shù)據(jù)中心搭載了16，000顆處理器核心。來自斯坦福大學(xué)（Standford University）和谷歌公司的研究人員針對具有超過10億個(gè)連接的模型進(jìn)行了訓(xùn)練，經(jīng)過一星期后，該網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能從網(wǎng)絡(luò)視頻影片辨識出其中的一只貓。

谷歌向來以其搜索引擎而聞名，該公司表示，自主學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢是在于他們不需要使用標(biāo)記數(shù)據(jù)。例如，為一幅貓的影像添加標(biāo)簽，便是所謂的標(biāo)記數(shù)據(jù)，但這種做法會消耗大量能源，而且讓教學(xué)網(wǎng)絡(luò)變得更加昂貴。

谷歌表示，未來該研究還可望拓展到圖像識別以外的范圍，包括語音識別和自然語言建模等應(yīng)用研究。

經(jīng)過訓(xùn)練以后，網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)神經(jīng)元對貓有著極強(qiáng)烈的反應(yīng)。/ 資料來源：g谷歌

“我們的假設(shè)是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將學(xué)會去辨識這些影片中的共同目標(biāo)。事實(shí)上，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一個(gè)人工神經(jīng)元對貓的圖片有著極強(qiáng)烈的反應(yīng)。最特別一點(diǎn)，在于研究人員從未告訴該網(wǎng)絡(luò)什么是貓，甚至從未替任何一幅貓的圖案打上標(biāo)記。而這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)竟然從未標(biāo)記過的YouTube影片中發(fā)現(xiàn)并注視著一只貓，谷歌研究員Jeff Dean說。

此外，谷歌也通過使用這種規(guī)模較大的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，谷歌也通過將大量網(wǎng)絡(luò)上的可用未標(biāo)記影像和少數(shù)標(biāo)記數(shù)據(jù)混合，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)影像分類測試后，獲得了70%的精確度改善結(jié)果。

谷歌的研究人員希望未來能進(jìn)一步擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，以確認(rèn)性能是否會隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展而提升。Dean在他的博客中表示，目前的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)能支持十億個(gè)連接，但仍遠(yuǎn)不及可支持約100兆個(gè)連接的人腦。

谷歌的研究人員已經(jīng)在今年6月26日至7月1日于蘇格蘭愛丁堡舉辦的國際機(jī)器學(xué)習(xí)大會（International Conference on Machine Learning， ICML 2012）中，提出這份有關(guān)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的論文。

四、無需磁性材料的新一代電動(dòng)汽車馬達(dá)有望誕生

一項(xiàng)由Cobham Technical Services和Jaguar Land-Rover以及工程顧問公司Ricardo UK聯(lián)合進(jìn)行、為期三年的研究專案，已經(jīng)于日前展開，該專案旨在開發(fā)毋須再使用昂貴磁性材料的新一代電動(dòng)汽車馬達(dá)。

該計(jì)劃名為“快速設(shè)計(jì)與開發(fā)切換式磁阻驅(qū)動(dòng)馬達(dá)”（Rapid Design and Development of a Switched Reluctance Traction Motor），總花費(fèi)金額為150萬英鎊（約230萬美元），其中一半由英國Technology Strategy Board /BIS支付，其余資金則來自于合作伙伴。

Cobham表示，該公司將專注于開發(fā)多重物理軟件（multi-physics software），并研究其他合作伙伴提供的方法學(xué)，以針對高效率、輕量級電動(dòng)汽車使用的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)性能進(jìn)行設(shè)計(jì)、模擬和分析，從而避免使用昂貴的磁性材料。Jaguar Land-Rover和Ricardo則表示，他們將使用這個(gè)軟件工具來設(shè)計(jì)及制造切換式磁阻馬達(dá)，將能滿足未來的豪華型混合動(dòng)力車設(shè)計(jì)需求。

Cobham Technical Services表示，該公司將再針對其既有的SRM功能進(jìn)行開發(fā)，以便能為已獲得廣泛采用的Opera套件提供增強(qiáng)型工具，進(jìn)而強(qiáng)化設(shè)計(jì)、有限元素模擬和分析等功能。另外，該公司也將研究整合旗下其他多重物理軟件的可行性，希望能獲得更精確的評估模組相關(guān)性能參數(shù)，如振動(dòng)。

參與這項(xiàng)計(jì)劃的合作伙伴們表示，他們打算尋找一種可替代昂貴稀土金屬的方法，因?yàn)榻裉斓南⊥琳找娑倘?，且近年來成本已上揚(yáng)近十倍。他們希望在這個(gè)為期三年的計(jì)劃結(jié)束前能夠改進(jìn)設(shè)計(jì)工具和流程，以實(shí)現(xiàn)快速的設(shè)計(jì)，并加快生產(chǎn)腳步。

Opera是一款用于對靜態(tài)以及隨時(shí)間變化的電磁場建模的套裝軟件，它還可用于像溫度等相關(guān)領(lǐng)域的建模。這項(xiàng)專案的合作伙伴們表示，Opera針對切換式磁阻馬達(dá)的電磁場模擬能力正在不斷擴(kuò)展中，進(jìn)一步加快了高扭力密度模型的設(shè)計(jì)、分析和優(yōu)化。

五、科學(xué)家利用基因工程制作芯片

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，基因工程可望成為在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)以人工制造半導(dǎo)體的關(guān)鍵──據(jù)報(bào)導(dǎo)，美國加州大學(xué)Santa Barbara分校的研究團(tuán)隊(duì)，正在嘗試制造合成蛋白質(zhì)，可形成二氧化硅新結(jié)構(gòu)，用以生產(chǎn)芯片。

未來這種經(jīng)過基因工程制作的芯片可運(yùn)用于各種電子元件；該種蛋白質(zhì)也可形成太陽能電池所需的二氧化鈦。據(jù)了解，上述的基因工程方法與一般的基因工程略有不同；前者是采用由兩種相關(guān)聯(lián)的硅蛋白（silicatein）基因隨機(jī)組成的合成細(xì)胞，內(nèi)部充滿隨機(jī)突變，包覆著由微小塑膠珠粒所組成的細(xì)胞核。

科學(xué)家分析那些形成二氧化硅或是二氧化鈦的人工細(xì)胞基因，發(fā)現(xiàn)不只有原始硅蛋白，還包括了其他的基因。對新發(fā)現(xiàn)的基因進(jìn)行的測試顯示，其內(nèi)部有一種被命名為X1硅蛋白的硅成分蛋白，可望有助于制作硅蛋白纖維的折疊架構(gòu)。

涂上偽色的硅骨架放射蟲（radiolaria）

以上的基因工程研究發(fā)現(xiàn)也許聽起來有些奇怪與復(fù)雜，但該信息值得注意的是，在自然界中包括海綿等生物也可用來生產(chǎn)像是玻璃纖維那樣的材料，甚至可以用某種細(xì)菌制作出磁性納米粒子?，F(xiàn)在科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)制造完全不同硅蛋白的方法，下一步將是改變其特性，以生產(chǎn)出具備半導(dǎo)體性能的新元件。

六、Senseye技術(shù)展示：用眼神玩切水果

日前，國外開發(fā)者展示了一個(gè)名為Senseye的技術(shù)，與體感所不同的是，該技術(shù)是讓玩家用眼神來操作游戲，從而將雙手解放出來。從演示的視頻可以看出，玩家坐在游戲機(jī)前一動(dòng)不動(dòng)，通過這項(xiàng)Senseye技術(shù)，用眼神就能切掉一個(gè)個(gè)亂飛的水果。

視頻中演示工程師稱“不能看那些Bomb”，這讓該技術(shù)展示顯得有些可愛了，筆者想“非禮勿視”這個(gè)詞用在這里很是貼切，“所見即所得”在Senseye技術(shù)的詮釋下野顯得更為真切和直接。

其實(shí)，去年年底時(shí)就有新聞報(bào)道稱，丹麥哥本哈根的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)正在開發(fā)一種名為Senseye的技術(shù)。通過Senseye，用戶可以通過眼球的運(yùn)動(dòng)來控制手機(jī)。

該團(tuán)隊(duì)開發(fā)的技術(shù)能夠利用手機(jī)的前置攝像頭來跟蹤用戶的眼球運(yùn)動(dòng)。用戶隨后可以通過眼球運(yùn)動(dòng)來控制手機(jī)，例如發(fā)送短信和玩游戲，而不必再用手指操作手機(jī)。

該團(tuán)隊(duì)還提供了一個(gè)開發(fā)者接口，使第三方應(yīng)用也可以使用Senseye。該團(tuán)隊(duì)希望通過向其他廠商提供這種技術(shù)的授權(quán)來獲得營收，同時(shí)使該技術(shù)被集成至手機(jī)操作系統(tǒng)中。

該技術(shù)源自一個(gè)開源的眼球跟蹤技術(shù)項(xiàng)目ITU Gaze Tracker，該項(xiàng)目致力于為殘疾人士設(shè)計(jì)系統(tǒng)界面。Senseye的原型產(chǎn)品在今年6月的哥本哈根移動(dòng)創(chuàng)業(yè)周中被展出。隨后，該項(xiàng)目獲得了ABB全球創(chuàng)新大獎(jiǎng)，并在瑞典的Global Idea2Product大賽中獲得第一。

七、美科學(xué)家展示活體病毒電池原型

科學(xué)家們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種能運(yùn)用基因工程讓活體病毒具備壓電特性的方法，這些病毒將能通過自組裝成為陣列，并產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)小型電子裝置的電力。在科學(xué)家們展示的原型中，一個(gè)在背面帶有病毒陣列的按鈕便可產(chǎn)生足供液晶顯示器使用的電力。

美國能源部（DoE）旗下的勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratories）希望進(jìn)一步擴(kuò)展其研究，他們在薄片上成長納米級壓電病毒陣列，并表示可運(yùn)用人們?nèi)粘Ｉ畹母鞣N運(yùn)動(dòng)，例如散步，來為各種移動(dòng)裝置供電，完全不需要使用電池。

每一只病毒──技術(shù)名詞為噬菌體（bacteriophage）──尺寸都僅有880nm（長）x6.6nm（直徑），并涂覆了帶電的蛋白質(zhì)，使其具有壓電特性。之后在一端加上帶負(fù)電荷的氨基酸來制作電極，讓這些病毒具備提高電壓的潛力，當(dāng)它們變形時(shí)，便能為電子電路提供電力。在實(shí)際應(yīng)用中，20層充滿著病毒的堆疊材料可產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)裝置所需的足夠電流。在其中包含著充滿病毒的薄片的鍍金電極，可從一平方公分大小的壓電材料產(chǎn)生足以驅(qū)動(dòng)LCD顯示器的能量── 約可在400mV時(shí)產(chǎn)生600nA電流。

運(yùn)用遺傳工程制造的病毒在每一端都具有電極，當(dāng)它們變形時(shí)，便可能產(chǎn)生電壓。/資料來源：勞倫斯伯克萊國家實(shí)驗(yàn)室

最終，這種活體病毒發(fā)電機(jī)可以內(nèi)置在一般采用自組裝方式振動(dòng)的任何設(shè)備中，使其可在所需時(shí)生長病毒。該研究是由柏克利實(shí)驗(yàn)室教授Seung-Wuk Lee和他的同事Ramamoorthy Ramesh和Byung Yang Lee共同進(jìn)行。

八、腦電波控制的機(jī)械手臂技術(shù)升級

研究人員表示一個(gè)以思維為動(dòng)力的機(jī)械手臂可以幫助殘疾患者獨(dú)立完成一些伸手可及的事情。在一項(xiàng)新的研究中，兩個(gè)幾乎全身癱瘓的病人只用他們大腦信號的指示就能通過機(jī)械手臂夠到并抓起小球和裝有咖啡的水壺?？茖W(xué)家又向恢復(fù)脊髓受傷、失去四肢和因?yàn)槠渌麠l件行動(dòng)受限的人的行動(dòng)能力前進(jìn)了一步。

動(dòng)物和機(jī)器之間的思維結(jié)合并不新奇，自從上個(gè)世紀(jì)70年代以來研究人員就一直在進(jìn)行著各種嘗試。在過去對大腦機(jī)器接口的研究中，曾使猴子能夠控制機(jī)械手臂和使癱瘓的病人控制屏幕上的光標(biāo)。但研究人員不知道人類能否控制機(jī)械手臂出色地完成一些更復(fù)雜的動(dòng)作，比如在三維空間中運(yùn)動(dòng)或在不移動(dòng)物體的情況下用適當(dāng)?shù)牧Φ雷プ∷?/p>

這個(gè)電極被稱為“大腦之門”，能讀取腦電波并發(fā)送到電腦上將其轉(zhuǎn)化成指令。這些指令能夠使癱瘓的病人通過思維控制機(jī)械手臂。

美國布朗大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家約翰多諾霍（John Donoghue）曾領(lǐng)導(dǎo)過用思維控制光標(biāo)的實(shí)驗(yàn)，他和他的同事測試了兩個(gè)患有閉鎖綜合癥病人的思維?！癝3”，一位58歲的女士，因15年前腦干受損失去了活動(dòng)和說話的能力。“T2”，一位66歲的男士，在2006年同樣因?yàn)槟X干受損，如今只有頭部和眼睛能活動(dòng)。

S3，一個(gè)患有閉鎖綜合癥的病人，通過她的思維操縱機(jī)械手臂，15年來第一次端起了自己的咖啡。

大腦皮質(zhì)區(qū)是控制隨意運(yùn)動(dòng)的地方，每個(gè)病人在其運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)都被注入了嬰兒服用的阿司匹林藥片大小的一排電極。這個(gè)電極系被稱為“大腦之門”，它能讀取大腦信號并通過電線發(fā)送到電腦，電腦再將這些信號轉(zhuǎn)化成指令。一個(gè)確切的活動(dòng)指令能告訴機(jī)械手臂向左或向右移動(dòng)，另一個(gè)則控制向上或向下。校正裝置、適應(yīng)病人的大腦大概需要半個(gè)小時(shí)，病人并沒有事先經(jīng)受練習(xí)使用機(jī)械手臂的訓(xùn)練。

通過用自己的思維控制機(jī)械手臂，S3和T2能伸手接觸直徑6厘米的小球，在超過200次的嘗試中命中率在49%~95%，成功接觸的情況下有三分之二能成功抓取。S3還能從桌子上舉起瓶子拿到唇邊，并通過吸管小口啜飲瓶中的咖啡。

“這是15年來第一次她可以自己喝東西?！毖芯空摺⒚绹槭【C合醫(yī)院的神經(jīng)學(xué)家雷?；舸牟瘢↙eigh Hochberg）說，“她臉上的笑容將令我和我的同事永生難忘?！痹撗芯?發(fā)表在5月16日的《自然》上。這項(xiàng)技術(shù)能幫助大腦或脊髓受損的病人恢復(fù)部分日?；顒?dòng)所需的行動(dòng)能力。研究人員承認(rèn)植入S3的電極5年來的確有一些退化，但它仍然完全具有記錄大腦活動(dòng)并控制機(jī)械手臂的能力。這也減輕了對移植入腦時(shí)間過長導(dǎo)致信號讀取能力退化的焦慮。

英國諾卡斯?fàn)柎髮W(xué)的神經(jīng)學(xué)家安德魯。杰克遜（Andrew Jackson）并未參加此項(xiàng)研究，杰克遜說，“這是一個(gè)相當(dāng)?shù)倪M(jìn)步，也是一個(gè)很好的范例，為什么基礎(chǔ)科學(xué)如此重要，因?yàn)樗I(lǐng)著能顯著改善病人生活質(zhì)量的應(yīng)用?！?br />

九、UBM解析IMFT的20nm 64Gbit MLC NAND

NAND 閃存在半導(dǎo)體市場的成功主要得益于移動(dòng)電話和平板電腦市場持續(xù)且巨大的成長，以及在電腦中采用高性能固態(tài)硬盤（SSD）取代通用硬盤的普及率提升。正如英特爾和美光公司去年的共同聲明一樣，通過采用最新20nm制造技術(shù)加上單元架構(gòu)中的突破性概念，可望實(shí)現(xiàn)具有Tb級容量、由多個(gè)芯片簡單堆疊組成的 NAND閃存產(chǎn)品。

在過去幾年中，NAND閃存已達(dá)到了商用存儲器所能實(shí)現(xiàn)的最高密度，這可歸功于其卓越的實(shí)體可擴(kuò)展性和每單元2或3位元的多級單元（MLC）技術(shù)。然而，由于近來便攜式電子設(shè)備對于NAND閃存的強(qiáng)大需求，導(dǎo)致NAND元件結(jié)構(gòu)持續(xù)顯著微縮，以實(shí)現(xiàn)更高密度、更快速度以及更低的位元成本。這對于采用傳統(tǒng)架構(gòu)的次20nm浮柵閃存單元來說，NAND閃存中單元尺寸的顯著微縮將面臨重大的阻礙。

針對上述的挑戰(zhàn)，英特爾和美光公司共同成立了一家名為IM Flash Technologies（IMFT）的合資公司，專門進(jìn)行工藝開發(fā)，并積極尋求NAND單元縮小的方法，終于成功地首次使用20nm設(shè)計(jì)規(guī)則開發(fā)并制造出高密度多級NAND閃存。IMFT還開發(fā)了一種創(chuàng)新的存儲器結(jié)構(gòu)，并導(dǎo)入了全平面化的浮柵單元設(shè)計(jì)。

IMFT常被視為NAND閃存工藝的主導(dǎo)公司，目前它已推出整合高k值/金屬柵（HKMG）堆疊的單元平面化技術(shù)，這種技術(shù)能夠有效地克服由于轉(zhuǎn)向20nm節(jié)點(diǎn)或更先進(jìn)工藝時(shí)導(dǎo)致的諸多實(shí)體和電氣微縮挑戰(zhàn)。

為了更進(jìn)一步了解先進(jìn)工藝技術(shù)和創(chuàng)新單元架構(gòu)，UBM TechInsights公司最近對IMFT公司的20nm 64Gbit MLC NAND進(jìn)行了分析。

通過在64Gbit MLC NAND閃存生產(chǎn)中導(dǎo)入20nm工藝技術(shù)，IMFT將自己定位為實(shí)現(xiàn)新工藝節(jié)點(diǎn)的主導(dǎo)廠商。由于芯片尺寸只有117mm2，這種NAND元件的面積與IMFT現(xiàn)有的25nm 64Gbit NAND閃存相較減少了近30%。IMFT的64Gbit NAND閃存采用單一的多層金屬柵和三層金屬層制造，并采用48接腳的TSOP無鉛封裝供貨。這種64Gbit的閃存芯片被分成具有單邊焊墊排列的4個(gè)庫，存儲器面積效率為52%，約相當(dāng)于以前芯片面積為162mm2、25nm 64Gbit NAND元件的效率。

在傳統(tǒng)的NAND浮柵單元中，控制柵（CG）和多晶硅間電介質(zhì) （IPD）圍繞著浮柵（FG）布置，耦合因子很大程度上依賴于浮柵側(cè)邊，如圖所示。

圖一：傳統(tǒng)浮柵NAND（IMFT的25nm NAND閃存）

深入探索

對于20nm及更先進(jìn)的技術(shù)節(jié)點(diǎn)來說，單元間距已經(jīng)太窄而無法再于浮柵間插入控制柵。因此NAND閃存必須透過消除控制柵－浮柵環(huán)繞結(jié)構(gòu)，以便采用平面單元配置。

基于電荷擷取的閃存（CTF）由于采用平面單元結(jié)構(gòu)，一向被認(rèn)為是可行的替代方案。但遺憾的是至今還未能見到成功的NAND生產(chǎn)案例。考慮到所有這些因素，將金屬作為控制柵并結(jié)合在更薄浮柵上堆疊高k值柵間電介質(zhì)（IGD）將成為采用現(xiàn)有浮柵NAND閃存技術(shù)持續(xù)縮小20nm以下節(jié)點(diǎn)NAND閃存的可能解決方案。

工藝關(guān)鍵技術(shù)和新閃存單元結(jié)構(gòu)

IMFT采用全平面單元架構(gòu)的20nm技術(shù)以及先進(jìn)的關(guān)鍵工藝，已經(jīng)克服了在小型閃存元件中多項(xiàng)傳統(tǒng)浮柵單元架構(gòu)的關(guān)鍵問題：

●控制柵（CG）多晶硅填充縮小了相鄰浮柵間的距離

●單元到單元干擾

●IPD的微縮限制和更小的CG到FG耦合比

為了制造20nm NAND單元，在一些重要的微影步驟中必須采用先進(jìn)的單元間距縮小技術(shù)（如雙倍圖案技術(shù)）。為了形成20nm以下節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)規(guī)則的圖案，也必須建置四倍圖案形成技術(shù)，以克服193nm ArF浸入式雙倍圖案方法的限制。然而，這仍然是一種較不實(shí)際的方法，因?yàn)榻鉀Q這種問題所需的超紫外曝光（EUV）工具對于閃存生產(chǎn)來說仍然過于昂貴。對于這種NAND元件來說，字線和位元線方向尺寸均約為40nm的單一閃存單元占用的實(shí)體單元面積為0.0017 um2。因此這種單元最可能成為NAND生產(chǎn)的最小單元。在這種NAND元件中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了平面浮柵結(jié)構(gòu)，同時(shí)還有多晶硅浮柵、高k IGD堆疊和金屬控制柵。

圖二：平面浮柵NAND（IMFT的20nm NAND閃存）

對于新的單元結(jié)構(gòu)來說，氧-氮-氧（ONO）IGD層被高k電介質(zhì)堆疊所取代，從而恢復(fù)平面單元結(jié)構(gòu)中應(yīng)減少的FG到CG耦合比。同時(shí)也可以采用更薄的多晶硅浮柵技術(shù)來降低單元到單元的干擾?；诮饘贃诺淖志€是透過使用硬光罩層蝕刻多個(gè)柵堆疊進(jìn)行定義的。由于單元間距顯著縮小，單元間電容耦合的增加將成為一個(gè)嚴(yán)重的問題，因?yàn)樵黾拥膯卧絾卧蓴_將導(dǎo)致單元性能退化和可靠性問題。為了克服這些問題，單元柵和金屬位元線都采用一種氣隙隔離工藝。氣隙結(jié)構(gòu)據(jù)稱可作為低介電常數(shù)的間隙填充材料。位元線的觸點(diǎn)則形成一種交叉布局，以實(shí)現(xiàn)更好的微影效益，以及具有68條字線的NAND串。

就IMFT的20nm MLC NAND閃存來說，新單元架構(gòu)結(jié)合關(guān)鍵整合技術(shù)相當(dāng)具有前景，可望透過更積極的單元微縮，進(jìn)一步擴(kuò)展傳統(tǒng)浮柵閃存的生命周期。然而，隨著浮柵幾何尺寸進(jìn)一步減少，所擷取到的電子將急劇減少，從而可能導(dǎo)致在1x-nm MLC NAND閃存中需控制20個(gè)以下的電子。由于主流行動(dòng)應(yīng)用中的微縮要求以及可靠性的挑戰(zhàn)更高得多，使得創(chuàng)新元件概念或替代性存儲器解決方案（如IMFT最新NAND閃存元件中使用的方案）已經(jīng)準(zhǔn)備好在不久的將來取代NAND閃存之故。

舉例來說，在這種NAND中見到的CTF加上3D配置，即可視為近期現(xiàn)有平面NAND閃存技術(shù)的可替代方案，而各種大量新的存儲器概念正興起中，并競相作為NAND閃存的替代方案。浮柵NAND閃存目前尚未達(dá)到瓶頸，但最終也將達(dá)到微縮極限。讓人十分感興趣的是，IMFT和其它閃存制造商未來在共同克服這些微縮限制時(shí)將有何轉(zhuǎn)變。

十、利用細(xì)菌和腳底運(yùn)動(dòng)發(fā)電的“鞋底發(fā)電機(jī)”誕生

據(jù)國外媒體報(bào)道，想象一下，將輕薄與紙的發(fā)電機(jī)嵌入鞋底，當(dāng)你走路時(shí)身上的手機(jī)即會充電，那該多好。這一未來化的情景將要成為現(xiàn)實(shí)。

據(jù)科學(xué)家介紹說，多虧了一種如紙張般厚的微型發(fā)電機(jī)，將其安裝于鞋子里，這樣人們行走的每一步將能被轉(zhuǎn)化成電能，這種設(shè)備可以將人們步子的機(jī)械力轉(zhuǎn)化成動(dòng)力。

美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室（Lawrence Berkeley National Laboratory）的科學(xué)家們已開發(fā)出一種技術(shù)，發(fā)電時(shí)，可以利用無害的病毒，把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能，科學(xué)家表示，這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)引起大家的重視，因?yàn)檫@是世界上第一臺有生命的發(fā)電機(jī)，它是利用工程病原體將外力轉(zhuǎn)化成電能。

新設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)可在走路中發(fā)電

在不久的將來，這項(xiàng)技術(shù)可能應(yīng)用于為一切便攜式設(shè)備充電，如手機(jī)可以用腳步來充電；房間內(nèi)的照明系統(tǒng)可以用一些鑲嵌于門內(nèi)的發(fā)電板來供電。

科學(xué)家們已經(jīng)基于微生物發(fā)電技術(shù)制造了一部小型發(fā)電機(jī)，并通過這部發(fā)電機(jī)產(chǎn)出了足夠的電流來使一個(gè)小型的液晶顯示器工作。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容是將手指按壓于外面包衣有特殊工程病原體的電極上，這些電極只有郵票般大小，然后這些基因工程病原體將手指的按壓力轉(zhuǎn)化成電能。

專家稱，這是第一臺具有壓電性質(zhì)的生物材料產(chǎn)電能的發(fā)電機(jī)，這個(gè)里程碑式的發(fā)明，這項(xiàng)技術(shù)將催生一系列的微設(shè)備，這些設(shè)備可以將人們?nèi)粘Ｉ钪挟a(chǎn)生各項(xiàng)“震動(dòng)”轉(zhuǎn)化成電能，如關(guān)門、上樓等。病毒自身可進(jìn)入一個(gè)有序的薄膜中以驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)工作，利用工程病毒來發(fā)電也為制造一些微型設(shè)備指明了一條更簡易的道路。在挑剔的納米技術(shù)世界里，自組裝是很受追捧的目標(biāo)。

來自伯克利實(shí)驗(yàn)室院物理生物科學(xué)部的科學(xué)家兼加州大學(xué)伯克利分校（UC Berkeley）生物工程學(xué)副教授李承旭（Seung-Wuk Lee）說，“我們還需要更多的研究，但是，我們的研究很有前途，這是邁出了第一步，可開發(fā)個(gè)人發(fā)電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器，用于納米器件以及其他設(shè)備，采用的是病毒電子裝置?！?/p>

李承旭和他的同事們想知道，病毒研究實(shí)驗(yàn)室在全世界都有，是否可提供一種更好的辦法。 M13噬菌體（M13 bacteriophage）只攻擊細(xì)菌，對人體無害。因?yàn)槭遣《?，所以，它在幾個(gè)小時(shí)內(nèi)就可以自我復(fù)制出數(shù)以百萬計(jì)，所以，總是有穩(wěn)定的供應(yīng)。很容易進(jìn)行基因工程設(shè)計(jì)。數(shù)量龐大的桿狀病毒會自然地進(jìn)行自我排列，形成整齊有序的薄膜，很像筷子整齊地對齊，碼放在盒子里。

將輕薄與紙的發(fā)電機(jī)嵌入鞋底

科學(xué)家們進(jìn)一步增強(qiáng)了這種系統(tǒng)，他們堆疊薄膜，這些薄膜包含單層病毒，彼此堆疊起來。他們發(fā)現(xiàn)，堆疊約20層，會產(chǎn)生最強(qiáng)的壓電效應(yīng)。剩下唯一需要做的，就是示范試驗(yàn)，所以，科學(xué)家制作了基于病毒的壓電能量發(fā)生器。他們創(chuàng)造條件，用遺傳工程設(shè)計(jì)病毒，使它們可自發(fā)組織，形成多層膜，尺寸約一平方厘米。這種薄膜隨后被夾在兩個(gè)鍍金電極之間，用電線連接到液晶顯示器。

壓力施加到發(fā)電機(jī)上時(shí)，會產(chǎn)生高達(dá)6納安的電流和400毫伏的電勢。這電流就足夠多，可以在屏幕上閃爍數(shù)字“1”，電壓大約是一節(jié)3A電池的四分之一。

李承旭說，“我們現(xiàn)在正在研究一些方法，以改善這種原理循證示范。” “因?yàn)橛羞@種生物技術(shù)工具，就可以大規(guī)模生產(chǎn)轉(zhuǎn)基因病毒，這些壓電材料采用病毒，可提供一條簡單的途徑，制備未來的新型微電子裝置。”