洛桑联邦理工学院

来源：新浪VR

随着科技的进步，我们已经习惯了触觉反馈，这是我们与智能手机和其他设备进行互动的一部分。我们的触觉是我们与环境互动方式的重要组成部分，少量的输入就可以传达很多信息。然而，正如任何尝试过触觉反馈VR工具的人都可以证明的那样，将触摸感带入交互是使它们身临其境的关键。

现在，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员已经研制出一种柔韧的人造皮肤，它可以提供触觉反馈，可以用于从VR到医疗康复的任何领域。这种皮肤由硅树脂和电极组成，它可以根据手指或手腕周围的形状，以压力或振动的形式提供反馈。

EPFL研究员Harshal Sonar在一份声明中表示：“这个人造皮肤内部嵌入了传感器，可以检测变形，这样反馈就可以根据运动进行调整，使其更有用，并提供更真实的反馈。“这是我们第一次开发出一种完全柔软的人造皮肤，传感器和执行器都集成在一起。“这为我们提供了闭环控制（一种比较灵活、工作绩效较高的控制方式，工业生产中的多数控制方式采用闭环控制的设计），这意味着我们可以准确可靠的调节用户感受到的振动刺激。”这对于可穿戴应用来说非常理想，比如在医疗应用中测试病人的本体感觉。”

这种人造皮肤具有可拉伸性和柔韧性，可以拉伸到原来长度的四倍。这意味着它应该能够承受日常活动的严峻考验，因此它可以被开发成一种工具，为失去触觉的病人提供帮助。它也可以用来创造高沉浸式的VR体验。

Sonar表示：“下一步将是开发一个完全可穿戴的原型，用于康复、虚拟现实和增强现实的应用。”“这一原型还将在神经科学研究中进行测试，当研究人员在磁共振实验中研究动态大脑活动时，它可以用来刺激人体。”

导读

据瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）官网近日报道，该校研究团队开发出一款比现今最快速的晶体管快10倍的纳米器件。该器件可以生成大功率的太赫兹波。众所周知，虽然太赫兹波可以应用于从成像到感知再到高速无线通信的一系列领域，但却难以生成。该器件的大功率皮秒操作，也为某些先进的医疗技术例如癌症治疗带来了巨大的希望。

背景

太赫兹（THz）波，是频率范围在100GHz到10THz之间，介于微波与红外线之间的电磁波。

（图片来源：维基百科）

太赫兹波具有穿透性强、安全性高、定向性好、带宽大、时间与空间分辨率高等技术优势，可以穿透纸张、衣服、木头和墙壁，也可以检测空气污染。

用太赫兹技术对一本合上的书中的书页内容进行成像（图片来源：Barmak Heshmat）

太赫兹波源可以彻底改变安全和医学成像系统，此外还可以携带海量的数量，进行更快速的无线通信。

太赫兹通信系统（图片来源：荷兰内梅亨大学）

太赫兹波是一种非电离的辐射，也就是说不会有害人体健康。这项技术已经在某些机场用于扫描乘客和检测危险物品和物质。

太赫兹安检成像示意图（图片来源于网络）

尽管太赫兹波的前景似乎一片光明，但是目前仍然没有得到广泛使用，原因就是造价昂贵且需要大而笨重的设备来产生。

创新

近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）开发的一项新技术将改变这一切。位于电力与宽带隙电子研究实验室（POWERlab）的团队，在 Elison Matioli 教授的领导下，打造了一款纳米器件（1纳米等于百万分之一毫米）。该器件可以在皮秒（一皮秒等于一万亿分之一秒）内生成极高功率的信号，从而生成大功率的太赫兹波。

（图片来源：EPFL）

这项技术可安装到芯片或者柔性材料上，未来甚至可安装到智能手机和其他手提式设备上。这项研究的第一作者是 POWERlab 的博士研究生 Mohammad Samizadeh Nikoo，相关论文发表在《自然（Nature）》杂志上。

技术

这款便宜的全电子小型纳米器件，通过一个微型太赫兹波源，立刻生成高强度的太赫兹波。其工作方式是在一皮秒内生成一个强大的“电火花”，这个“电火花”具有从10伏（或者更低）到100伏的电压尖峰。该设备能够几乎连续地生成这种“火花”，这意味着每秒可发出高达5千万个信号。当安装在天线上时，该系统可以产生并发射大功率太赫兹波。

该器件由两块紧密靠近的金属板组成，它们之间的距离低至20纳米。当施加电压时，电子涌向其中一块板，在那里形成纳米等离子体。一旦电压达到某个阈值，电子几乎立刻射向第二块板。用如此快速的切换实现的这种迅速移动，创造出了一个可以产生高频波的高强度脉冲。

传统电子器件的切换速度仅能达到每皮秒1伏，这对于生成大功率太赫兹波来说太慢。

这款新型纳米器件，速度快十倍，可生成既高能量又高频率的脉冲。Matioli 表示：“通常来说，让这两个变量都达到很高的值是不可能的。高频半导体器件的尺寸是纳米级的，它们只能承受住几伏的电压。与此同时，大功率器件，对于生成太赫兹波来说显得太大太慢。我们方案是用最新的纳米级制造技术重新访问老旧的等离子体场，从而提出一种可以突破这些限制的新器件。”

价值

Matioli 称新器件将所有的变量都推向了极限值：“你通常不会在同一个句子中听到‘高频率’、‘大功率’和‘纳米级’这些词汇。”

Samizadeh 表示：“从一方面说，这些纳米器件带来了极高水平的简单性和低成本，从另一方面说，也展示了卓越的性能。此外，它们可以与其他的电子器件例如晶体管集成到一起。就这些特性而言，纳米等离子体可以为超高速电子器件领域塑造一个不同的未来。”

这项技术除了生成太赫兹波以外还有更为广泛的应用。Matioli 补充道：“我们非常肯定会有更多的创新应用到来。”

关键字

纳米器件、太赫兹、天线

参考资料

【1】Mohammad Samizadeh Nikoo, Armin Jafari, Nirmana Perera, Minghua Zhu, Giovanni Santoruvo, Elison Matioli. Nanoplasma-enabled picosecond switches for ultrafast electronics. Nature, 2020; 579 (7800): 534 DOI: 10.1038/s41586-020-2118-y

2019年6月19日，2020年QS世界大学排名发布，美国的哥伦比亚大学位列第18名，瑞士的洛桑联邦理工学院位列第19名，英国的爱丁堡大学位列第20名。这三所大学你了解多少，快来看一下。

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01哥伦比亚大学（QS世界：第18名；国家/地区：美国）

哥伦比亚大学（Columbia University），正式名称为纽约市哥伦比亚大学，简称为哥大，是一所位于美国纽约曼哈顿的世界顶级私立研究型大学，为美国大学协会的十四所创始院校之一，常春藤盟校之一。

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哥伦比亚大学于1754年根据英国国王乔治二世颁布的《国王宪章》而成立，最初名为国王学院，1896年正式更名为哥伦比亚大学（1784-1896为哥伦比亚学院）并迁到目前所在的晨边高地校园。

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哥大是美国历史最悠久的五所大学之一，也是培养诺贝尔奖获得者最多的大学之一。哥大校园里还走出5位美国开国元勋，奥巴马、罗斯福等四位美国总统，34位各国元首和政府首脑，10位美国最高法院大法官。哥伦比亚大学拥有世界一流的法学院、医学院、新闻学院等，哥大新闻学院颁发的普利策奖是美国新闻界的最高荣誉。1767年哥大授予了第一个医学博士学位，这也是美国历史上第一个专业博士学位。哥大是美国重要的研究机构之一，发明了脑机接口 、激光、微波激射器 、核磁共振 。二战时，制造原子弹的曼哈顿计划诞生在哥大。

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02洛桑联邦理工学院（QS世界：第19名；国家/地区：瑞士）

洛桑联邦理工学院成立于1969年，是一所世界顶尖的理工院校。学校位于瑞士的法语区，与德语区的苏黎世联邦理工学院是姊妹院校。两所院校以及相应研究机构共同组成了瑞士联邦理工学院，直接由联邦政府管理。在教学与研究之外，洛桑联邦理工学院还负责操作核反应堆CROCUS，一个托卡马克聚变反应堆（Tokamak Fusion reactor）等。学校以其师生比例，国际视野以及科研影响力而闻名。

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洛桑联邦理工学院最早创办于1853年，名为“洛桑特别学院”，起初是一个私立学校，是在巴黎中央理工毕业生Lois Rivier以及 John Gay的倡导之下建立的。当时只有11个学生。洛桑特别学院在1869年成为洛桑大学的工程系。1890年，洛桑大学取得大学地位时，工程系更名为“洛桑大学工程学院”。1946年，更名为“洛桑大学理工学院”。1969年，洛桑大学理工学院从洛桑大学独立出来，成为一所由瑞士联邦政府直接管理的大学，并改为现名。

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03

爱丁堡大学（The University of Edinburgh），简称爱大，是一所位于英国苏格兰首府爱丁堡的世界顶尖公立综合研究型大学，苏格兰最高学府，英国老牌顶尖学府，英国罗素大学集团、欧洲科英布拉集团、欧洲研究型大学联盟、全球大学高研院联盟成员。

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1582年，与早年许多在教廷允许成立的大学不同，爱丁堡大学在苏格兰国王詹姆斯六世的允许和爱丁堡市议会的资助下展开筹建。1583年，大学正式成立，作为欧洲宗教改革运动之后的第一所市立大学，其最初的名称是“唐尼斯学院”，是苏格兰的第4所也是整个英语世界的第6所大学。在18世纪欧洲启蒙运动的浪潮中，爱丁堡大学逐渐成为学术中心和欧洲主要大学之一。

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本杰明·富兰克林曾盛赞：“爱丁堡大学拥有许多真正的伟人和从事各种知识研究的教授，这在以往的任何时代、任何国家都从未有过。”爱丁堡大学校友和教职人员中有27名诺贝尔奖获得者，1名菲尔兹奖获得者，4名图灵奖获得者，4名英国首相。

新华社照片，外代，2018年9月2日

（外代二线）瑞士洛桑联邦理工学院举办“无人机日”

9月1日，在瑞士洛桑联邦理工学院举行的“无人机日”上，人们观看一架在笼中飞翔的无人机。

新华社/欧新

导读

近日，瑞士洛桑联邦理工学院的研究人员提出一种新方法，利用光纤感知周围的材料。

背景

光纤，在大多数人的印象中，主要是作为网络通信中的信息传输媒介，应用于长距离的光通信系统。一般来说，它是由玻璃或者塑料制成的纤维。

（图片来源：维基百科）

然而，出乎许多人意料的是，光纤还有一项十分重要的用途：传感器。其实原理很简单：光纤是光波的一种传输介质，当光波在光纤中传输时，外部因素（例如：温度、压力、应变、振动、声音、磁场等）的变化会引起光波的光学特性（例如：振幅、相位、偏振、波长等）的变化。因此，光纤可用于感知和测量各种物理变化，甚至被比作“人造神经”。

光纤传感器技术的应用领域非常广阔，比如说：用于建筑物监控领域，例如监测桥梁结构、输油管道泄露、铁路滑坡等问题；用于航空航天领域，例如感知飞机机翼状况；用于生物医疗领域，例如检测乳腺癌的温度变化；用于可穿戴设备与智能织物领域，例如检测人体健康状况与早期诊断疾病。

接下来，让我们一起回顾一下笔者以往介绍过的两个经典案例：

1）瑞士和西班牙的科研人员开发出一条长达10千米的分布式光纤传感器系统，能感知100万个点的温度变化或者应变。

（图片来源：Duncan Rawlinson、Alejandro Dominguez-Lopez）

2）日本东北大学团队开发出一种低成本传感器，它利用空心光纤传导敏感气体，监测人体呼吸中低浓度的生物标记物，为未来的非侵入式健康研究开辟了一条新的道路。

（图片来源：东北大学）

创新

近日，瑞士洛桑联邦理工学院（EPFL）的研究人员提出一种新方法，在光纤内部光束的帮助下简单地生成声波，使得光纤可以分辨它们接触的是液体还是固体。

（图片来源：Alain Herzog / EPFL）

EPFL 工学院教授 Luc Thévenaz 领导的纤维光学小组（GFO）主导了这项研究，相关论文发表于《自然通信（Nature Communications）》杂志。

在光纤中使用声波的想法起初来源于该团队的合作伙伴：以色列巴伊兰大学的研究人员。随后，他们展开了联合项目研究。

技术

这种光纤由玻璃制成，宽度不超过一缕发丝。它传输的光线根据四个参数：强度、相位、偏振、波长，产生相应的变化。当光纤被拉伸或者温度发生改变时，这些参数也会发生改变，使光纤像传感器一样，能够检测结构中的裂缝或者温度的异常。但是迄今为止，在不让光线脱离光纤的情况下（即不干扰光线的传播路径），科学家们仍无法判断光纤周围正在发生的状况。

EPFL 开发的方案利用了光纤内部生成的声波。这种超高频的波，在光纤的壁上，有规律地反弹。根据声波接触的材料不同，在不同的位置，产生的回声也不同。当光束离开光纤时，这种回声在光线上留下可读取的记号，反映出光纤周围的环境。这种记号非常微弱，以至于几乎不会干扰光纤内部传播的光线。这种方法可以感知光纤周围发生了什么状况，与此同时发送基于光线的信息。

（图片来源：参考资料【2】）

（图片来源：参考资料【2】）

价值

研究人员已经将他们的光纤浸入水中，接着是酒精中，然后再放到露天中。每一次，他们的系统都能正确地分辨周围环境的变化。Thévenaz 表示：“我们的技术可用于检测漏水，以及光纤所接触的液体的密度和盐度。潜在的应用非常多。”

（图片来源：Desmond Chow / EPFL）

一种简单的时基方案就可以检测周围环境中的变化。Thévenaz 解释道：“每个波脉冲的产生都有一个微小的时间间隔。这种延时反映在光束到达的时间上。如果沿途存在任何干扰，我们不仅可以搞清楚它们是什么，也可以判断出它们的位置。目前，我们可以在约数十米的范围内定位干扰，但是我们却拥有将精度提高至一米的技术手段。”

关键字

光纤、传感器、声波

参考资料

【1】https://actu.epfl.ch/news/optical-fibers-that-can-feel-the-materials-around-/

【2】Desmond M. Chow, Zhisheng Yang, Marcelo A. Soto, Luc Thévenaz. Distributed forward Brillouin sensor based on local light phase recovery. Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038/s41467-018-05410-2