博士生Peter Ricci（左）和教授Otto Gregory在Gregory在URI的薄膜傳感器實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試數(shù)字狗鼻傳感器平臺(tái)。在桌子上的兩個(gè)藍(lán)色設(shè)備是兩個(gè)最新的數(shù)字狗鼻版本。（圖片來(lái)源：Otto Gregory）

我們經(jīng)常被提醒，面對(duì)來(lái)自自然和想要傷害我們的人的威脅，我們的健康和安全是多么容易受到攻擊。

由羅德島大學(xué)工程學(xué)院的教授Otto Gregory和化學(xué)工程博士生Peter Ricci研發(fā)的新型傳感器功能強(qiáng)大，它們可以檢測(cè)分子水平上的威脅，無(wú)論是易爆物、致命病毒顆粒或是入境非法藥物。

“這是一項(xiàng)能挽救生命的技術(shù)?！盙regory說(shuō)，“我們能在千萬(wàn)億分之一水平上進(jìn)行檢測(cè)。這就是對(duì)單個(gè)分子的檢測(cè)?！?/p>

廣泛的應(yīng)用

因?yàn)镚regory的傳感器很小且功能強(qiáng)大，它的應(yīng)用范圍很廣。

Gregory說(shuō)：“平臺(tái)建設(shè)十分廣泛，所以你能把它用于各種不同場(chǎng)合，許多不同用戶?！?/p>

雖然他的研究大部分由國(guó)土安全部資助，但許多其他的政府部門(mén)也開(kāi)始注意到Gregory的傳感器。

國(guó)防部可能對(duì)把它用于監(jiān)控士兵身上的傷口和檢測(cè)路邊簡(jiǎn)易爆炸裝置感興趣。

如果一名士兵或急救人員因彈片造成開(kāi)放性傷口，Gregory的傳感器能幫助檢測(cè)傷口是否被感染。

“人體為傷口產(chǎn)生的過(guò)氧化氫可以表明抗生素對(duì)抗傷口的效果有多好或多壞，”Ricci說(shuō)，“我們的傳感器能被用作穿戴設(shè)備，在十億分之一的水平上檢測(cè)來(lái)自傷口的過(guò)氧化物?！?/p>

在邁阿密熱火隊(duì)的籃球比賽上，警犬被用于識(shí)別人類(lèi)皮膚毛孔上散發(fā)出的COVID-19痕跡。在《自然》（Nature）雜志上發(fā)表的文章中，Gregory表示他的傳感器也能被用于同樣的目的。

“警犬能從皮膚檢測(cè)痕跡，我們的傳感器能從人們呼吸中的生物標(biāo)記上檢測(cè)。”來(lái)自西沃里克的Ricci說(shuō)。

海岸警衛(wèi)隊(duì)也對(duì)這項(xiàng)技術(shù)感興趣，它能被用于“嗅出”船上走私進(jìn)入美國(guó)的非法毒品。

警犬和安全檢查 （圖片來(lái)源：維基百科）

縮小“數(shù)字狗鼻”

“所有典型的能被狗嗅到的味道，我們也可以檢測(cè)到.”Gregory說(shuō)，“這就是為什么我們叫它數(shù)字狗鼻的原因?！?/p>

數(shù)字狗鼻曾在2019年11月的CBS今晨節(jié)目（This Morning）中展出，但是曾經(jīng)工具箱大小的傳感器已經(jīng)被縮小到了香煙盒的四分之一?！巴ㄟ^(guò)減少傳感器的熱質(zhì)量，我們減少了運(yùn)行傳感器需要的能量。”Gregory說(shuō)，“我們以數(shù)量級(jí)為克的熱質(zhì)量開(kāi)始，現(xiàn)在我們的傳感器的熱質(zhì)量是微克量級(jí)的?！?/p>

使設(shè)備變得像Gregory的那樣尺寸小又功能強(qiáng)大的關(guān)鍵之一是找到合適的電池。

“我們和一家位于科羅拉多，名叫ITN Energy Systems的公司合作，該公司專(zhuān)門(mén)制造小尺寸、小重量電池，” Gregory說(shuō)，“他們制造厚度不超過(guò)一張紙的鋰電池。研發(fā)過(guò)程包括了找到合適的合作者，幫助我們優(yōu)化催化劑和改善傳感器平臺(tái)?！?/p>

通過(guò)測(cè)試

在2021年3月，海軍研究實(shí)驗(yàn)室攜其移動(dòng)測(cè)試裝置來(lái)到URI的W. Alton Jones校區(qū)，對(duì)Gregory的傳感器等設(shè)備進(jìn)行了測(cè)試。

“他們用蒸汽測(cè)試床在室外建了一個(gè)測(cè)試場(chǎng)地。”Ricci說(shuō)，“他們能選擇爆炸物分子并把它傳送到傳感器系統(tǒng)。他們知道物質(zhì)濃度，想看看我們的傳感器如何反應(yīng)。其中一項(xiàng)測(cè)試是千萬(wàn)億分之一水平?！?/p>

保持領(lǐng)先

隨著壞人開(kāi)發(fā)出新的炸藥或在現(xiàn)有炸藥上即興發(fā)揮的新方法，好人一直試圖領(lǐng)先一步。

“國(guó)土安全部要求我們足夠靈活，能預(yù)知和適應(yīng)可能在未來(lái)幾年出現(xiàn)的突發(fā)威脅。”Gregory說(shuō)，“我們能根據(jù)現(xiàn)有威脅的特定分子調(diào)整催化劑。這就是我們對(duì)生物標(biāo)志物、毒品所做的事情。這個(gè)平臺(tái)的好處就是它足夠靈活。”

研發(fā)長(zhǎng)路

Gregory和Ricci研發(fā)的傳感器經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的測(cè)試和改進(jìn)。這位教授的研究最初在20年前由國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）資助，這是一個(gè)美國(guó)國(guó)防部的研發(fā)機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)開(kāi)發(fā)用于軍事的新興科技。

在DARPA資助該項(xiàng)目?jī)赡旰?，陸軍又為其提供了一年資助。之后該項(xiàng)目一直由國(guó)土安全部提供資金。

“在當(dāng)時(shí)，這項(xiàng)研究很新并非常不同。”Gregory說(shuō)，“DARPA為高風(fēng)險(xiǎn)、高回報(bào)項(xiàng)目提供資金。我們證明了當(dāng)時(shí)他們對(duì)我們的理念進(jìn)行的賭博得到了回報(bào)?！?/p>

東北大學(xué)（Northeastern University）的Robert D. Black杰出工程學(xué)教授Michael Silevitch與Gregory在此項(xiàng)目上合作已經(jīng)超過(guò)10年了。

“這是一項(xiàng)突破性的技術(shù)。”Silevitch說(shuō)，“Otto在化學(xué)檢測(cè)器上的工作已經(jīng)發(fā)展到可以在許多應(yīng)用中使用的程度，應(yīng)用包括在無(wú)人機(jī)平臺(tái)上部署傳感器，以幫助保護(hù)學(xué)校、購(gòu)物中心或宗教場(chǎng)所等軟目標(biāo)?！?/p>

邁向新章

現(xiàn)在傳感器變得小而輕，它們能被安裝在無(wú)人機(jī)上，用于更多新用途。

“我們正與無(wú)人機(jī)公司討論在無(wú)人機(jī)上使用我們的傳感器。”Gregory說(shuō)，“無(wú)人機(jī)需要小巧的便攜式電源，你還需要接進(jìn)它們的無(wú)線交流系統(tǒng)。這相比陸軍為檢測(cè)路邊簡(jiǎn)易爆炸裝置使用的機(jī)械臂是一種非常不同的工程環(huán)境?！?/p>

Gregory和Ricci也在研究傳感器陣列，以區(qū)分不同的爆炸物和威脅。

“我們需要一系列的傳感器，用于在其他爆炸物或化學(xué)前體存在時(shí)檢測(cè)一種特定的爆炸物。”Ricci說(shuō)，“如果存在三團(tuán)不同的爆炸物，我們需要從中分辨每一種。”

準(zhǔn)備使用

既然傳感器已經(jīng)被驗(yàn)證有效，它在現(xiàn)實(shí)中投入使用只是資金問(wèn)題了。

“我們的傳感器還不是現(xiàn)成的商業(yè)產(chǎn)品，但是我們有潛在的合作者?！盙regory說(shuō)，“我們只需要一位顧客站出來(lái)說(shuō)，這是一千個(gè)傳感器的訂單，你能送貨嗎？”

配有傳感器的無(wú)人機(jī) （圖片來(lái)源于視頻）

作者：Neil Nachbar

翻譯：王嘉鈺

審校：汪茹

引進(jìn)來(lái)源：羅德島大學(xué)


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