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幸运飞艇开奖直播官网:DARPA最新动态:推进“电子复兴”计划研

编辑:凯恩/2018-11-17 16:50

  DARPA“近零”项目再次取得突破研制出能够监测多个红外波长待机功耗几乎为零的传感器

  近期,DARPA发布“跨域海上监视与瞄准”(CDMaST)项目第二阶段广泛机构告知书(BAA)。CDMaST项目的目标不是开发某项技术,而是演示验证新型海上“系统之系统”(SoS)作战概念。它将结合新型通信、作战管理、指挥控制、定位导航授时、后勤、传感器、有人/无人系统、武器等装备技术,全面提升空中/水面/水下目标探测、跟踪与打击能力,颠覆传统制海作战样式。

  目前,制海权的争夺主要依靠航母战斗群和核潜艇,但水面舰艇愈发难以对抗大量远程反舰导弹威胁,同时其他国家正在全面提升固定/移动反潜能力。CDMaST项目将彻底改变现有以航母战斗群为核心的防御态势,结合大量有人/无人、低成本系统,形成广域分布式灵敏探测网络,覆盖100万平方公里,迫使敌军调动大量作战资源对抗这个网络。DARPA正在考虑将新型反舰导弹、快速远程水下武器系统、长航时无人机/无人水面艇/无人潜航器以及海底预置系统集成到CDMaST网络。此外,这些系统结合传统作战平台所具备的目标监视与目标指示能力,或将衍生出新型武器装备。

  近日,在美国国防高级研究计划局(DARPA)“近零功耗射频与传感器”(N-ZERO)项目的支持下,美国东北大学开发出一种“休眠仍有意识”红外传感器,可在长达数年近零功耗的情况下保持“警觉”,一旦被特定红外信号触发,立即开始探测并识别目标。该技术一旦成熟应用,可使无人值守传感器的使用寿命延至数年,变革其部署及应用模式,大幅降低后续维护成本和风险。

  当前,军用传感器依赖有源电子器件探测振动、光、声等信号,获取态势感知信息。这种传感器需持续消耗电力以保持运行,其中绝大部分工作耗费在处理不相关数据上,致使传感器寿命局限在数周或数月,且后续维护需耗费大量时间与成本。为此,DARPA于2015年启动了N-ZERO项目,旨在开发近零功耗通用传感器技术。这种传感器将在无人看管的情况下保持休眠状态,电力消耗接近于零,直到传感器被刺激信号唤醒,完成数据采集和必要的对外通信后,又可进入休眠状态。这种传感器处于“休眠仍有意识”状态时,功耗将小于10纳瓦,不到当前最先进传感器的千分之一。

  在N-ZERO项目支持下,东北大学此次研发的零功耗红外探测器为一种微型光电开关,全称为“等离子增强微机械光控开关”,利用等离子体的超材料、光学、热传导等物理特性,能够选择性吸收特定波长红外辐射,并将其转化为热能。热能会导致传感器内部电路变化,进而触发整个传感器工作,实现对红外光谱信息的智能筛选,准确区分不同的红外热源。相关研究成果已于9月11日发表在《自然·纳米技术》期刊。

  一是为开发新型、更强大的军用传感器系统开辟新道路。近零功耗传感器除能够大幅减少电源需求、延长使用寿命、降低军事人员维护风险外,还将强化在射频、电磁和声音等方面的探测分析能力,显著减少传统传感器的错误预警概率,将大幅拓展军用传感器在作战、设施监控、边境守护等领域的应用范围。

  二是促进“智能传感器”在物联网的广泛应用。美国东北大学研究人员认为,随着物联网规模不断扩大,未来将有数千亿设备将被纳入其中。近零功率传感器将促使智能传感器诞生,使得物联网中的无人值守传感器网络得以近乎无限期运行下去,探测偶然又时敏的事件,这将为物联网的应用普及奠定重要基础。

  来源:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC),作者:中国国防科技信息中心 杜彦昌 王璐菲

  【据DARPA官方网站2017年9月13日报道】DARPA宣布引入新的投资项目来进一步推进“电子复兴”计划。“电子复兴”计划(ERI:Electronics Resurgence Initiative)于2017年6月正式启动,DARPA期望通过该计划开启全新的创新途径,来应对微电子技术领域即将要面对的来自工程技术和经济成本方面的挑战。对于已持续发展了半个世纪的微电子技术,这些问题得如果不到解决,势必会影响未来的发展。为保持电子行业健康的发展势头,DARPA“电子复兴”计划将在接下来的四年里投入数亿美元资金,以扶持和培养在先进材料、电路设计工具和系统架构三方面的创新性研究。除了DARPA的现有项目和当前美国最大的大学基础电子研究项目“联合大学微电子项目”(JUMP)之外,DARPA又通过发布三个广泛机构公告(BAAs)在“电子复兴”计划中增添了六个全新的项目。

  为了回答“我们是否可以利用非传统电子材料集成来增强传统硅集成电路以及实现与传统等比例缩放思路相关的性能提升?”这一问题,DARPA决定开展“三维单芯片系统”(3DSoC)和“新式计算基础需求”(FRANC)两个新项目。计划大纲详见编号为HR001117S00056的广泛机构公告(BAAs)文件。

  “三维单芯片系统”(3DSoC)项目:传统微电子芯片为平面、二维结构,3DSoC项目主要聚焦在单衬底第三维度垂直向上构建微系统所需材料、设计工具和制造技术的研发。通过该项目可实现逻辑、存储及输入/输出元件的高效封装,从而使系统的运行功耗更低,计算速度提升50倍以上。

  “新式计算基础需求”(FRANC)项目:此项目的目标是超越传统逻辑和存储功能相分离的冯诺依曼架构(以数学、物理学和计算机科学先驱约翰冯诺依曼命名)。当前,在冯诺依曼架构下,因数据在存储单元和处理器之间传输所造成的时间延迟和能量消耗成为阻碍计算机性能进一步提升的主要原因。针对该项目所提出的研究计划需要展示如何通过开发新型材料、器件及算法加速逻辑电路中的数据存储速度或通过设计全新的、比以往更为复杂的逻辑和存储电路结构来突破这一“存储瓶颈”。

  为了回答“我们是否可以降低设计现代片上系统的复杂度、缩短设计所需时间,并开创电路和系统专门化的全新时代?”这一问题,DARPA决定开展“电子设备智能设计”(IDEA)和“高端开源硬件”(POSH)两个新项目。计划大纲详见编号为HR001117S0054的广泛机构公告(BAAs)文件。

  “电子设备智能设计”(IDEA)项目:该项目的最终目标之一是实现“设计过程中无人干预”的能力,甚至在混合信号集成电路、多集成电路模块系统级封装和印刷电路板等复杂电子技术的24小时设计框架中也无需专家进行设计。

  “高端开源硬件”(POSH)项目:该项目旨在构建一个开源的设计和验证框架,包括以低成本实现超复杂片上系统设计的技术、方法和标准。DARPA“电子复兴”计划团队期望利用可降低复杂片上系统设计门槛的全新设计工具开启专用设计创新的新时代。开源软件最有可能成为在应用层面实现创新的工具。

  为了回答“我们是否能够在继续依赖传统编程结构的情况下,获得专用化芯片所带来的好处?”这一问题,DARPA决定开展“软件定义硬件”(SDH)和“特定领域片上系统”(DDSoC)两个新项目。计划大纲详见编号为HR001117S0055的广泛机构公告(BAAs)文件。

  “软件定义硬件”(SDH)项目:该项目旨在构建可重构软硬件设计和制造的决策辅助技术基础。这些可重构软硬件需要具备运行数据密集型算法的能力(具备该能力是实现未来机器学习和自主系统的基础)和与目前专用集成电路(ASICs)相当的性能。在现代战争中,决策是由所获取的数据信息来驱动的,例如,由成千上万个传感器提供的情报、监视和侦察(ISR)数据、后勤物流/供应链数据和人员绩效评估指标数据等。对这些数据的有效利用依赖于可进行大规模计算的有效算法。

  “特定领域片上系统”(DDSoC)项目:该项目的设立是受通过单一编程框架实现多应用系统快速开发需求的驱动。这一单一编程框架能够使片上系统设计人员将通用、专用(如专用集成电路)、硬件加速辅助处理、存储和输入/输出等要素进行混合和匹配,从而实现特定技术领域应用片上系统的简单编程。例如,软件定义无线电(software-defined radio)就是这些特定技术领域中的一种,应用范围包括移动通信、卫星通信、私人网络、所有类型雷达和网络空间电子战等。

  新项目与DARPA现有项目和JUMP计划相结合可构成实现下一阶段创新的更为坚实的基础,并在2025年到2030年时间框架内提供对国家安全至关重要的电子技术能力。

  下一步,将汇集对这六个新项目感兴趣的研究人员,开展项目“提案者日”(Proposers Day)活动,以推动新项目的顺利运行。其中,系统架构领域的SDH和DDSoC项目的“提案者日”活动,分别已于9月18和19日两天在弗吉尼亚州阿林顿举行。电路设计领域的IDEA和POSH项目的“提案者日”活动将于9月22日在加州山景城举行。材料和集成领域的FRANC项目已于9月15日以网络研讨会的形式举行相关活动。DDSoC项目“提案者日”活动定于9月22日在DARPA位于阿林顿的总部举行。关于这些“提案者日”的更多细节,详见DARPA编号为DARPA-SN-17-75的特别通知。

  据罗克韦尔•柯林斯公司网站2017年9月14日报道,罗克韦尔•柯林斯公司最近为美国国防部的主要承包商和政府研究实验室进行了一系列演示,展示了一种新的灵巧定向通信链路,该链路可抗干扰,其信号传输距离比全向系统远10倍。罗克韦尔•柯林斯公司通过减小尺寸和重量、降低成本大幅改进了定向通信技术,也使其他承包商可将此产品应用到他们各自产品中。

  罗克韦尔•柯林斯公司演示了两种场景以展示该技术如何解决通信方面当前存在的挑战。在第一种场景中,操作人员试图接收全运动视频,但出现一个干扰信号,致使链路丢失。之后,接收机对该信号进行整形以阻止干扰源并重新获得链路。在第二种场景中,接收机同时接收来自不同方向的两条全运动视频链路信号。接收机同时接收多个方向的信号,可提高频谱利用率并且有助于发现网络以进行定向通信。

  罗克韦尔•柯林斯公司高级技术中心副总裁John Borghese说,这是通信技术领域的重要进步,可以应用于各种行业。这一新技术由于增大了距离并具有突出的适应性和抗干扰能力,将能使更小平台上获得以前只能在极高成本和极高功率平台上配备的通信和雷达能力。

  这一通信链路特别适用于军用无人系统( UAS)或小型直升机,但也可用于雷达系统、卫星通信和商用无人系统产品中

  这一新的定向通信链路利用在美国防高级研究计划局(DARPA)和商业时标(ACT)计划下开发的技术,在接收各种信号的同时可以同时向8个方向传送信号。用户可根据需要更改过滤频率,阻止干扰,同时仍然可以接收信息。

  概要:专家们普遍认为在21世纪20年代摩尔定律将黯然失色。同时,人工智能正在接受的测试要求他们有更强大的处理能力——接近于人脑的处理能力。

  上周三,美国国防部高级研究计划局(DARPA)宣布,为了帮助人工智能技术获得长足发展,他们即将开展两项新项目,开发新一代计算机芯片。 DARPA相信,开发专门应用于人工智能领域的特制芯片将推动该领域的不断发展。

  50年来,摩尔定律作为一项基本原理,一直推动着计算机芯片微处理器的发展。 20世纪60年代,英特尔联合创始人Gordon Moore在经过一系列的观察后,得出了一个推测,他推测集成电路上晶体管的数量,约每隔18-24个月便会增加一倍,微芯片的性能也会得到有效的提升。但现在的问题是,摩尔定律即将走到尽头,因为随着晶体管越来越小,晶体管电路逐渐接近了性能极限,通过提高集成度来提升芯片性能变得愈发困难。

  为了人工智能的持续发展,我们必须克服当前的困境,采取相应对策以满足我们对更高阶的处理能力的需求。美国国防部高级研究计划局(DARPA)是隶属于美国国防部的研究部门,他们认为开发专用电路或专用型集成电路芯片(ASIC)是突破摩尔定律的方法之一。上周三,DARPA阐述了他们为了实现这一想法进行的努力,并将研发特制芯片作为“电子复兴计划”的一部分。

  其中一个项目是软件定义硬件,通过开发一种硬件/软件系统,允许数据密集型算法在不受任何与ASIC相关的开发成本、开发时间和单个应用限制的情况下,在ASIC上高效运行。第二个项目是领域内专用系统芯片。简单地说,就是将通用芯片、硬件协处理器和ASIC组合起来,“将这个组合体轻松地编到特定技术领域的应用程序中。”

  专家们普遍认为在21世纪20年代摩尔定律将黯然失色。同时,人工智能正在接受的测试要求他们有更强大的处理能力——接近于人脑的处理能力。提高人工智能的处理能力,使其达到量子计算和IBM的神经电枢芯片的要求,对于人工智能的可持续发展至关重要。

  2014年,DARPA的主管AratiPrabhakar对Defense One说到:“如果您愿意从事研究有关这些问题的专业课程,您将可以获得更多专业的软件架构。特殊架构会给我们带来更大的进步。”

  有人看好人工智能的发展潜力,也有人不看好。 Tesla和OpenAI的总裁ElonMusk一直致力于规范人工智能的发展,他甚至警告说,世界各国关于人工智能的竞赛可能会导致第三次世界大战。现在看来,那些令人惊讶的事情,人工智能似乎都可以做到,但如果芯片问题没能得到解决,一切都将是空谈。

  对于DARPA来说,芯片问题需要一个更为直接的解决方案。研究人员正不断训练测试人工智能系统,让这些人工智能能够像人类一样思考,或是比人类做得更好。然而,人脑处理信息和数据的能力依旧无与伦比,在当下,即使是最好的人造神经网络(好坏优劣取决于人造神经网络中芯片的计算能力)也无法与之媲美。或许Musk认为另一个最好的解决方案是人类思想与机器的完美结合。

  来源:人工智能学家(ID:AItists),原文作者:Dom Galeon,译者:李凌

  9月12日,美国防高级研究计划局(DARPA)宣布,授予轨道ATK公司价值2140万美元的“先进全速域发动机”(AFRE)项目合同。

  AFRE项目寻求为未来高超声速飞机研发全尺寸、可重复使用的“涡轮基组合循环”(TBCC)推进系统,并对该系统进行地面演示验证。TBCC系统将利用通用的进气道和喷嘴,把低速运行所用的涡轮发动机与高速运行所用的冲压发动机/超燃冲压发动机组合起来。

  DARPA官员表示,可靠的高超声速推进技术对于未来高速飞行的有人驾驶和无人驾驶军用飞机来说必不可少,对于下一代反舰导弹和其他智能弹药来说也同样重要。比起当前的军用装备,高超声速推进系统可使军用飞机和导弹在较短的响应时间内进行远距离飞行。

  DARPA研究人员表示,高超声速飞机和导弹推进系统的研发面临两项艰巨的挑战:一是传统喷气-涡轮发动机的最高速度约为2.5马赫;二是高超声速发动机(比如超燃冲压发动机)在速度低于3.5马赫时无法有效提供推力。专家称,目前研发的吸气式高超声速飞行器需使用一次性火箭推进至运行速度,这会限制飞行器的效用。

  AFRE项目寻求将商业可用的喷气涡轮发动机和冲压发动机/超燃冲压发动机技术结合起来。AFRE项目经理克里斯托弗·克莱表示,该项目并不打算设计一种全新的发动机,项目团队正在构想一种创新的组合系统,把现有的涡轮发动机和冲压发动机/超燃冲压发动机技术结合起来并加以改进。项目团队认为,利用制造方法、建模及其他学科的最新进展,可能会取得突破性的成果。

  轨道ATK公司将解决技术问题,使涡轮发动机和冲压发动机/超燃冲压发动机能够在低速运行和高速运行之间顺利切换,实现通用的进气道和喷嘴。随后,轨道ATK公司可能将对TBCC推进系统进行从起飞到高超声速飞行的一体化自由射流测试。

  AFRE项目第一阶段要求轨道ATK公司执行系统设计、缩比部件和大比例部件的研发以及地面演示验证。如果第一阶段取得理想的结果,轨道ATK公司可能将开展大规模的一体化低速和高速发动机气流运行情况测试。

  来源:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC),作者:中国国防科技信息中心 冯云皓

  9月6日,美国防高级研究计划局(DARPA)战略技术办公室(STO)以视频形式在YouTube上向工业界发布“飞行导弹列车”(Flying Missile Rail,FMR)概念。

  STO项目经理、空军中校吉米·琼斯表示,DARPA寻求的是一款可在F-16和F/A-18战斗机机翼下方挂载的低成本、可消耗的小型无人机,可至少携带一枚(或两枚)AIM-120先进中程空空导弹打击超视距目标。该无人机能够以0.9马赫的速度飞行20分钟,具备从所在战机机翼下或在自身飞行过程中根据远程指令自动发射导弹的能力。

  DARPA计划于2018年进行原型开发和试验活动,提供经费为37.5万美元。DARPA要求FMR无人机造价低廉,可实现快速、大量和按需生产,能够应对大规模交战的临时需求。这一概念有助于打破当前臃肿缓慢的战术飞机采办模式,还可能对美国防部无人机发展战略的未来走向有所影响。

  一是可消耗性更强。对FMR无人机来说,计算机模拟与建模、强大的集中测试和开发工作以及间歇性的大规模空战演练对验证无人机的战术和系统有效性最为重要,但后勤和维护需求几乎为零。

  二是设计和采办可快速适应不断变化的战术环境。美军可持续购买更加便宜的无人机设计,同时不断增加新的功能,以近乎实时的方式适应新兴威胁。这种采办概念允许美军针对不断变化的战术挑战做出更加灵活的反应,使潜在对手在试图攻击时处于劣势。

  三是一次性使用。无人机可代替飞行员进入最危险的空域,降低美军的作战成本和政治风险。较低的单价成本和更加快捷的制造方法意味着无人机比有人驾驶飞机更新效率更高。总而言之,无人机可加速达成空战的预期结果,且风险更低。

  “飞行导弹列车”计划是DARPA面对新战机成本和复杂性不断上升等问题而采取的应对措施。若无法快速建造低成本的新型有人驾驶战斗机,为现役战机配备无人机也是一个提升作战能力的选择。

  随着AIM-120先进中程空空导弹服役时间达到30年,在导弹能力特别是射程不断被潜在对手追赶并超越的形势下,FMR项目具有特殊意义。依靠设定的飞行能力,FMR将为美军第四代战机提供一个导弹发射缓冲区,避开敌方交战区域,延长导弹射程。

  在作战时,FMR将为飞行员提供新的选项。若对手使用的是更为先进的飞机和导弹,战机可以发射一架FMR无人机,然后离开交战区,利用无人机攻击对方。若敌人驾驶的是性能较差的飞机,美国战机可以直接发射FMR无人机携带的导弹,留下无人机执行更加危险的任务。

  为了实现这一构想,DARPA将开展两项工作,一项是开发FMR设计,二是开发一套能够每月生产500架FMR的制造流程。相比之下,美空军和美海军2018财年申请的AIM-120导弹总数仅有325枚,这意味着该导弹每月的生产量仅有27枚。

  琼斯表示,从理论上来说,FMR不仅能够发射AIM-120导弹,还可以携带其他武器如小直径炸弹和特殊载荷吊舱。

  FMR无人机挂架必须与美空军F-16和美海军F/A-18战斗机翼下外挂点兼容。此外还要为无线电和天线留足空间,保证无人机能够与战斗机通信。

  琼斯在信息征询书中表示,FMR可借用美空军“忠诚僚机”项目技术,如无线电、处理器等设备以及将F-16战机转变成半自主武装无人机的预装软件等。

  结合美空军的“忠诚僚机”、“第五代空中靶机”(5GAT)、QF-16无人靶机、“低成本可消耗无人机”(LCAA)等项目以及国防部“武库机”概念,不难看出美国空中力量的发展方向。DARPA正在布局一个与“可消耗”无人机概念有关的能力集,并为之匹配灵活的采办和制造概念。未来几年,大量的无人机蜂群将升空与有人驾驶战斗机并肩作战,每架无人机以及有人战斗机自身携带的小型无人机均可配备导弹,所有的战斗机和无人机都能够与后方携带更多导弹无人机的“武库机”通信,最终形成一支装备更加精良、致命性更强的力量,打击距离更远的目标,使参战的飞行员数量进一步减少,且成本更加低廉。

  FMR计划的核心要求是被称为“箱内工厂”(factory in a can)的生产模式。其构想是整个制造流程外加材料、电子设备等一切必需品要能够装进几个运输集装箱。DARPA建议使用高度自动化的先进制造工艺,如计算机数控(CNC)加工或3D打印等。

  每个工厂每月要生产出500架FMR无人机。这是需要竞标者认真考虑的。制造流程可能是FMR项目最重要的一环,目的是利用快速设计、原型和制造工艺证明现代飞行作战系统的超长设计、试验和制造周期是可以打破的。在这样一个弹性基础上制造武器系统甚至制导弹药,在财政和后勤方面将是一个巨大的战略性突破,在发生持续冲突的时期具有特殊意义。采用先进制造技术的灵活采办模式,将使生产变得更加灵活,且推动创新。

  “箱内工厂”策略模式的另一个优点是,美军各军种可以拥有工厂的所有权,能够选择无人机的生产数量,实现快速、按需生产。除了节省谈判和采购时间,极大缩短生产周期等好处,也不必再为持有和维护数百架无人机舰队而付出大量经费。

  来源:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC),作者:中国国防科技信息中心 袁政英

  美国防高级研究计划局(DARPA)9月8日发布了“主动社会工程防御”(ASED)项目的跨部门公告(BAA)。

  过去40年,整个世界通过计算机网络、电子邮件、社交媒体以及其他媒体越来越紧密地联系在一起。DARPA官员表示,虽然这些联系使美国在国家安全领域取得了很大的发展,但也对军事系统和关键基础设施构成了被网络攻击的威胁。

  与常规的针对计算机网络的网络攻击和恶意软件攻击不同,超过80%的网络攻击是利用人类而非利用计算机或网络安全漏洞。

  最普遍的加拿大28大白在线预测是试图让不知情的互联网用户点击恶意链接。更深层的攻击则试图窃取敏感信息(如密码或私人信息),或通过获得信任从相关人员那里窃取有价值的信息。

  这些攻击需要获取受害者的信任。根据复杂程度,这些攻击可能针对个人、组织或广泛人群。加拿大28大白在线预测之所以能发挥作用是因为用户难以验证他们收到的所有通信信息的真伪。同时,这种验证需要专业技术知识。有权访问个人隐私信息的用户数量很大进而使这一问题恶化。

  ASED项目旨在寻求对加拿大28大白在线预测(即那些试图操纵用户执行其希望的操作或泄露敏感信息的攻击)的自动防御。

  该项目寻求利用软件机器人从恶意的对手那里自动获取信息,以甄别、破坏和调查加拿大28大白在线预测。这些机器人将传达用户和潜在攻击者之间的通信内容、检测攻击行为以及协调调查行动以发现攻击者的身份。

  ASED项目包括三个技术领域:自动检测加拿大28大白在线预测、自动调查社会工程人员以及可扩展的评估团队。

  自动检测加拿大28大白在线预测主要通过观察加拿大28大白在线预测的特征研发自动检测加拿大28大白在线预测的技术,并验证通信者的身份。

  这将需要探查攻击机制的能力、迫使攻击者留下可探测踪迹的能力以及验证攻击者的信任机制能力。该项目此部分工作将研发通信机器人,以传达和观察攻击者和潜在受害者之间的通信信息。

  自动调查社会工程人员将使用自动化、虚拟、可变自我的机器人来帮助发现攻击者的身份。每个机器人将管理它可以交易的资源,以获取有关攻击者的信息。

  可扩展的评估小组将评估自动探测加拿大28大白在线预测和自动调查社会工程师的表现,并通过加拿大28大白在线预测衡量其进展情况。

  该项目将使用真实机构的电子邮件和电话系统构建试验范围,以建立技术评估的现实环境并开展真实试验。

  DARPA官员表示,预计将为该项目授予多份合同,不过目前资金尚未确定。对该项目有意向的公司应于2017年11月9日之前上传建议书。

  来源:“国防科技要闻”(ID:CDSTIC),作者:中国国防科技信息中心 申淼

  9月,美国东北大学的研究人员在电子和计算工程副教授Matteo Rinaldi的领导下,完成了美国国防先期研究计划局(DARPA)“近零”(N-ZERO)项目所希冀的高难度研究目标,研制出一个被称为“等离子增强微机械光开关”的器件,研究成果发表在9月11日的《自然纳米技术》杂志上。

  这是任务。实现一个微型传感器,能够探测热排气管、木头着火、甚至人体的红外波长特征;平时处于沉睡和无人照看状态,但其实时刻警戒着,并可在长达数年的警戒状态中不消耗任何电量;一旦监测到感兴趣的信号,能够触发信号的发出,对士兵、消防员和其他人员形成预警。这是情报、侦察和监视(ISR)技术的一种,能够增加态势感知,并减少对没电电池的更换,减少这一潜在危险维护任务的需要。

  DARPA微系统技术办公室N-ZERO项目主任Troy Olsson表示:“东北大学研制的红外传感器技术真正有意思的地方在于,与传统传感器不同,当要检测的红外波长未出现时其待机功耗为零;当这些红外波长出现时,会被东北大学的红外传感器的红外源能量感知元件所捕获,随之引发重要传感器元件的物理移动。这些移动导致开路电路元件的机械性关闭,因此实现对IR信号的探测。”

  新研制的传感器有一个纳米阵列的网格组成,其特殊的尺寸限制了只吸收特定红外波长。Rinaldi解释道:“这些基于电荷的激励,被称为等离激元(可以被想象为有些像在水表面的涟漪),主要局限在纳米级阵列下,并且有效地将特定波长的光诱捕在超薄结构中,包括在其温度中大幅和快速的变化。”这些温度峰值,反过来,带来一个在电路中积累事件的上行序列,完成传感器其他部分的形变。

  Olsson表示:“该技术以多个感知元件为特征——每一个用于吸收特定IR波长。这些共同组成了能够分析红外光谱的复杂逻辑电路,为该传感器的实现铺平了道路,不仅仅检测环境中红外的能量,也能够指出这些能量是来自车辆、火、人或其他红外源。”

  以从其所发出的红外光谱来区分车辆为例。燃烧汽油或柴油的发动机在其排放出的气体中释放出特殊的化合物,包括CO2、CO、H2O、各种氮氧化物和硫氧化物(NOx和SOx)及甲烷等碳氢化合物。参与N-ZERO项目的Zhenyun Qian解释说:“坦克、汽车或飞机等热排气管排放出的加热气体的红外发射谱自身就具有一个与车辆类型相关的特征。”

  N-ZERO项目的主要目标是研发基础技术,以研发出更新和更多用于保卫国家安全的传感器系统。东北大学研究团队在其论文中指出,随着物联网拓展到包括从汽车到应用,再到远程部署的传感器等在内的数千亿设备,同样的技术将在接下来的几年内变得重要。论文预测道:“该仅在有用信息出现时消耗功率的能力将为无人值守传感器带来近乎无限的待机寿命,这些传感器可用于部署监测偶发但时间要求严格的事件,对于物联网的发展也有开创性的影响。”

  JASON是一个由精英科学家组成、为美国政府提供国防参谋的组织。一直以来,它关注的问题包括网络安全和更新美国核武库等。在6月的一次会议上,这个秘密组织评估了一项新威胁——基因驱动,这种遗传工程技术能够迅速在整个种群中传播基因修饰并有助于消灭传播疟疾的蚊子。

  为了保障国家安全,除了这项会议外,美国今年还做了许多其它努力来分析这种可能导致物种灭绝并改变整个生态系统的技术的潜在利弊。7月19日,美国国防高级研究计划局(DARPA)宣布拨款6500万美元,支持科学家研究基因编辑技术,其中大部分经费将被投入基因驱动研究中。此外,一个与DARPA同等级别的美国情报机构计划提供经费,支持旨在检测包含基因驱动及其他修饰的有机体的研究。

  “任何一项强大的技术都关乎国家安全,”Kevin Esvelt说。他是麻省理工学院的一名演化工程师,已获得了DARPA的经费来研究限制基因驱动的扩散。他参加了6月的JASON会议,并在会上简要解释了潜在的生物会如何将基因驱动变成武器。但是他更担心的是由于科研人员疏忽而导致的含基因驱动生物的外泄。“生物研究失误才是我担心的。”

  据Renee Wegrzyn表示,美国军方有同样的担忧。Wegrzyn是领导“安全基因计划”(Safe Genes initiative)的DAPRA项目官员,这项计划支持有关限制基因驱动的研究。最近几年,利用CRISPR基因编辑,基因驱动技术被应用在果蝇、蚊子等生物身上。一支英国团队希望最早于2024年在冈比亚按蚊身上开展基因驱动的田间试验,这种蚊子是疟疾的主要携带者。Wegrzyn说:“我对一直以来所取得的进步感到非常高兴,但是我也注意到人们越来越担心这些进步对生物安全造成的挑战。”

  美国康奈尔大学的群体遗传学家Philipp Messer也参加了这场会议,他说大约20位科学家参与了JASON的基因驱动讨论。(由于他是德国公民,因此他以外国人的身份由一名陪同人员陪同参会。)

  Messer说:“我不习惯参加这种会议。会上,我们只是公开讨论这种技术,发表我们对目前此领域发展的看法,并谈谈我们认为存在什么问题。”他告诉会议成员他的实验室正在研究果蝇对CRISPR基因驱动的抗性演变。 Gerald Joyce是加利福尼亚州索尔克研究所的生物化学家,也是一位JASON成员。他联合组织了这场会议,但是拒绝对会议发表评论。由此可见,最终可能产生一份保密报告。

  在DARPA项目下,有7个团队拿到了4年期合同。Esvelt计划对线虫进行CRISPR基因改造实验。线虫繁殖速度极快。Esvelt计划在局部环境内的线虫中传播一种基因修饰,直到线虫不能繁殖。这也是许多其他科学家的研究方向。他和其他接受军方资助的研究团队也在计划研发针对流氓基因驱动的工具,防止它们不受控制地传播。相关方法包括:使用化学物质阻断基因编辑,或者使用“抗基因驱动”逆转基因修饰或使未被改造的野外生物对基因驱动免疫。

  这些工具能够对抗基因武器,例如被改造成可以更加有效地传播疾病或传递毒物的昆虫。Esvelt表示,但是这样的对策更可能被用于对付那些从实验室意外泄露的实验品。他认为缺乏针对基因驱动生物研究的生物安全规范或者规范松懈,将会增加意外泄露的可能性。

  除此之外,还有其他方面计划支持有关基因驱动之于国家安全影响的研究。美国情报高级研究计划局(IARPA)隶属美国国家情报总监办公室,计划举办一场会议来讨论成立一个资助项目,以便检测经过基因改造且可能有害的生物体,包括含有基因驱动的生物。

  Todd Kuiken在北卡罗莱纳州立大学研究关于合成生物学的政策,他很高兴看到基因驱动研究获得更多经费。但是他对美国军方对此领域的兴趣感到不安。幸运飞艇开奖直播官网,有了“安全基因计划”,DARPA成为了世界上最大的基因驱动研究的政府资助者。Kuiken担心这可能让世界上对美国军方持怀疑态度的国家对这些基因驱动研究更加疑心重重,包括那些将从消灭疾病携带者(比如蚊子)行动中获益的国家。

  Esvelt同样也有这些担忧,但是他认为军方支持是目前唯一既能推进基因驱动技术又能保障应用安全的途径。私人资助机构,如盖茨基金会和塔塔基金会,已经在该领域投资了大笔资金,但他们都是有针对性地对某些项目或机构进行投资;其余的政府资助机构还未进行大笔投资。“并没有其他人向我们提供大笔数额的研究资金,”Esvelt说。

  DARPA项目明确要避免基因驱动生物的外泄,要求合同签约者遵守严格的生物安全条件并且向公众公开他们的实验计划——这些措施应该能够降低意外泄露的风险,Esvelt补充道。“如果你担心你的牛仔横冲直撞,惹是生非,那么你就应该把他们收归麾下,确保他们循规蹈矩。”ⓝ