比晶体管快1000倍的新型光开关

导读

《知识分子》每周有一个专栏，专门遴选介绍面向人类认知前沿的有趣的科学进展。《赛先生》在持续梳理了20期技术前沿资讯以后，觉得读者也许对未来改变生活的技术前沿资讯也感兴趣，这是我们刊发的第四期内容，欢迎您阅后对技术前沿资讯专栏提出宝贵建议。

苏格兰科学家试图将鱼类下脚料加工成衣物原料

图源：unsplash

随着人们对水产品需求的不断增加，捕捞业和养殖业也在快速发展，2020年我国水产品总产量高达6545万吨。在对鱼类的加工过程中会产生内脏、残骸等大量废物（40%-55%）。目前，这些废物必须经过昂贵且能源密集型的处理和分离，仅有少量作为饲料或者鱼油，总体回收再利用程度很低。

最近，苏格兰科学家的一项研究提出了新思路，他们尝试使用生物酶提取废物中的脂肪成分，如己二酸、脂肪酸及鱼油。其中，己二酸是合成尼龙的原料，也可用于合成一系列基于聚氨酯的产品（如泡沫塑料、氨纶），还能用于药品、食品添加剂和调味剂等。

但是，该处理过程会产生一氧化二氮，虽可用于外科手术麻醉，但它对气候的危害可能比二氧化碳更大。尽管如此，该研究对于寻找可持续的、基于生物替代品来生产己二酸（通常来自石化产品）也有重要意义。

完全自主导航无人机以40km/h的高速穿越森林

图源：论文SI

传统的自动避障技术可以概括为三步：传感器收集数据、根据传感数据绘制地图、根据地图规划路线。由于机载传感和计算资源有限，这种方法对于低速飞行是足够的，但对杂乱环境中的高速飞行可能是有问题的。

本月初发表于Science Robotics上的一篇论中，苏黎世大学Davide Scaramuzza研究组与英特尔合作，展示了一种完全自主的小型无人机，时速高达40公里。论文中提出了一种端到端的方法，将无人机传感器的输入数据直接映射到无碰撞轨迹。执行这种直接映射的卷积网络完全是在模拟中训练的。同时，该方法还实现了从模拟到真实世界环境的零样本转换，在训练期间从未经历过的地貌，如茂密的森林、积雪覆盖的地形、脱轨的火车和倒塌的建筑物等，无人机依然能够完美应对。

当然，这种无人机也不是无懈可击的。在非常低的照度下（相机无法精确成像），以及类似的视觉挑战（灰尘、雾气、眩光、反光表面等）中仍存在问题。不过研究人员也指出，通过使用事件相机和传统相机的配合，上述许多问题就能得到缓解。

Nature研究提出比晶体管快1000倍的新型光开关

图源：原文Fig.1

生活中几乎所有的信息处理都是通过电子逻辑电路来完成的，其工作频率高达几千兆赫（GHz）。近年来非线性光学方面的研究提出，全光逻辑处理器可以实现比常规晶体管快1000倍的速度。然而由于无法扩展、能源效率低、速度增益不显著等问题，至今没有可行的实用方案。

Zasedatelev等人最近发表于Nature的一篇文章指出，利用带有高能分子振动的稳定激子，可以实现在室温条件下的单光子光开关。研究人员将一个35纳米宽的有机半导体聚合物薄膜夹在两个高反射镜之间，形成一个微型腔。接着用一个高亮度的泵浦激光器照射微腔，从而形成由激子极化子组成的玻色-爱因斯坦凝聚体。此时，用非常弱的种子激光器去照射这团凝聚体，便可使其产生极化和非极化两种状态，即在0和1之间切换。

该研究的特色在于可以仅用一个单光子来触发开关，因此大大降低了系统复杂度，也可在室温下运行。虽然人类离商业化的全光逻辑计算机还很远，但正在逐渐向这一目标靠近。

经基因重组的蜘蛛丝被用在纳米尺度的光刻领域

图源：原文Fig.1

作为最坚韧的天然生物聚合物之一，蛛网黏性和强度都很高，同时具有良好的韧性，或许也可以用来织衣服。不过，蛛网的用处还远不止于此。

中国科学院上海微系统所陶虎研究员携手上海交通大学夏小霞、钱志刚教授团队，将经基因工程重组的蜘蛛丝蛋白应用于光刻领域，实现了纳米精度的电子束光刻（EBL）技术。他们将蜘蛛丝蛋白作为抗蚀剂，纯水作为显影剂。通过调节电子束的加速电压来改变电子轨迹，从而在三维纳米结构上进行雕刻。这样制成的结构继承了蜘蛛丝优异的机械性能和热稳定性，可直接使用或作为各种材料复制过程的聚合物母版。

该团队通过调控电子束在光刻胶分子网络中的穿透深度、停留位置、能量转移等，实现了分辨率达到14.8纳米的电子束三维纳米直写，较现有技术精度提升了1个数量级。

该研究发表在最近一期《自然通讯》上。

可用来制造柔性电子设备的液态金属

图源：原文Fig.1

为了将各种传感、刺激和显示等功能与人体实现无缝集成，要求新一代的可穿戴设备具有良好的柔性可拉伸的机械性能。高度集成化的可穿戴电子设备在健康监测、人机互动和军事领域均有广阔的应用前景。为了构建具有优异变形能力的器件，必须先要制造出可拉伸导体材料。

近日，南京大学孔德圣团队发展了一种基于液相工艺的液态金属图案化加工方法。该方法成本低廉、可规模化制备且具有非常高的加工精度（100μm），在柔性及可穿戴电子领域有着广阔的应用前景。利用该方法加工的液态金属线路兼具超高的电导率（4.15 × 104 S cm^-1）和优异的拉伸性能，其在100%应变下仅增长1.5倍。与此同时，经过上千次的循环拉伸测试，其电阻依然保持稳定，表明液态金属线路具有良好的耐机械疲劳特性。

该研究发表在最近一期的《npj Flexible Electronics》上。

参考文献：

[1]https://www.scotsman.com/news/environment/scottish-scientists-begin-novel-experiment-that-could-turn-fish-guts-into-green-nylon-for-clothing-3418274

[2]https://www.science.org/doi/abs/10.1126/scirobotics.abg5810

[3]https://spectrum.ieee.org/racing-drone

[4]https://www.nature.com/articles/s41586-021-03866-9

[5]https://www.nature.com/articles/s41467-021-25470-1

[6]https://www.nature.com/articles/s41528-021-00123-x

[7]https://mp.weixin.qq.com/s/8jIysH_9ntCoiT1lPqd1vw

制版编辑 | Morgan

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