理化学研究所的手持式太赫兹设备可透视材料内部 且无有害辐射

理化学研究所的手持式太赫兹设备可透视材料内部且无有害辐射但太赫兹技术迄今为止一直处于停滞状态，因为很难将微波或可见光技术以有用的尺寸和功率输出应用于太赫兹范围。由HiroakiMinamide和他的团队创建的设备，可有效地将红外辐射转换为太赫兹波。它可以在太赫兹波段的整个范围内产生太赫兹辐射。图片来源：©2023RIKEN例如，产生太赫兹波的一种方法是开发产生更高频率、超短波长微波的电气设备。但这在一定程度上是困难的，因为这些设备需要高度优化的参数来产生更好的电气性能，这已被证明具有挑战性。另一种策略是使用非线性晶体材料，通过转换更短、更高频率的红外光波来产生太赫兹波。理化学研究所先进光子学中心正在探索第二种策略——通过转换红外激光器的输出来产生太赫兹波。传统上，这种方法需要巨大的激光器来产生足够强大的太赫兹波，以满足大多数实际应用的需要。但这限制了太赫兹技术在实际应用中的应用——在这些应用中，用于原位分析的便携式设备将更有价值。最近，它们在实现这一目标方面取得了巨大进展，并正在进行多项行业合作。铌酸锂是一种非线性晶体，在受到近红外激光照射时会产生太赫兹波束，但尽管经过多年的工作，仍无法使用这种方法产生足够强大的太赫兹波。研究人员发现了1993年的一篇论文，其中描述了激光脉冲持续时间对非线性晶体的影响。这项分析可见光的研究表明，使用较短的脉冲可以减少称为布里渊散射的光散射效应。通过减少激光脉冲持续时间，有可能可以最大限度地减少铌酸锂晶体的布里渊散射，这可能使我们能够将更多的激光转换为太赫兹波并增加功率输出。注意间隙：太赫兹间隙夹在电磁频谱上的微波和红外辐射之间，迄今为止在技术中尚未得到充分利用。与X射线一样，太赫兹波具有穿透材料的能力。但由于太赫兹波的频率（以及能量）比X射线低得多，因此它们不会像电离辐射那样对健康造成同样的风险。最终研究人员证实使用亚纳秒激光脉冲，可以摆脱布里渊散射，将太赫兹波功率输出提高六个数量级——从200毫瓦到100千瓦，从一个只有一平方米的设备中获得了强大的发射功率，比以前充满整个房间的太赫兹设备小得多，但这对于实际应用来说仍然太大。为了进一步小型化我们的太赫兹波源，理化学研究所用具有人工偏振调制微结构的薄铌酸锂晶体取代了之前使用的大块铌酸锂晶体锭，这种晶体被称为周期性极化铌酸锂（PPLN）晶体。PPLN晶体通常用于可见光区域，由于其更高的光转换效率，能够用来开发手持设备。在PPLN研究之初，还没有已知的方法可以使用PPLN晶体有效地产生太赫兹波，研究人员最初对PPLN晶体的行为感到非常困惑。我们没有看到太赫兹波，只是从晶体中产生了意想不到的光束。在仔细分析这种光的特性后，他们最终意识到太赫兹波正在产生，但方向却出乎意料。光与PPLN偏振调制结构之间的相互作用导致晶体后部产生太赫兹波。当将探测器移到它后面时，我们发现了太赫兹波，这意味着终于可以做出一个巴掌大小的原型机，转换效率高，功率充足。只需旋转晶体就可以调整产生的太赫兹波的频率，新的扫描设备可以完全覆盖光谱的关键亚太赫兹区域，这对于无损成像应用尤其重要。研究基于成熟的光子和激光技术，通过非线性光学效应实现光波和太赫兹波之间的光子转换。我们通过光注入降低阈值并稳定输出功率，实现了后向太赫兹波参量振荡的级联振荡，在0.3太赫兹频率下实现了200瓦的峰值太赫兹输出功率；在向后光学量子转换过程中将太赫兹波转换为光波；并成功探测到约50阿托焦耳的超弱太赫兹波，其灵敏度比4开尔文测辐射热计灵敏1000倍。这些结果提供了基于太赫兹到光量子光子转换的新量子研究。最新的结果基于将量子理论纳入我们的工作，未来的工作将探索量子纠缠——一个量子粒子神秘地镜像另一个遥远的粒子——以提高太赫兹探测器的灵敏度。高度小型化、高功率太赫兹波系统得到了紧凑、强大光子激光器最新发展的补充，新研发的扫描设备使用新型微芯片激光器，能够以亚纳秒速度和高功率产生远红外激光脉冲，产生强烈的亚太赫兹发射，非常适合成像和分析工作。理化学研究所正在与专门从事电子、光学和光子学的日本公司（例如理光、拓普康、三菱电机和滨松光子学）进行联合研究，以开发无损检测应用和太赫兹波光谱设备。研究人员组装了一个太赫兹成像设备原型：一把可以发射塑料子弹的塑料枪，当隐藏在散射大量光线的凹凸不平的玻璃后面时，可以被清楚地检测到，还可以清楚地看到一把藏在厚皮包里的剪刀。由于特征性的“指纹”吸收模式，太赫兹波还可以揭示物质的化学成分。例如，用肉眼看起来相同的不同无色液体（例如煤油和丙酮）可以通过这种方法轻松识别。因此，太赫兹波的应用范围从机场安全扫描仪到历史艺术品的分析。与现有方法不同，还可以对工业油漆和外涂层进行分析，包括新车和药片等各种物质，而且是非破坏性的。未来还可以将设备安装在机器人上，沿着工业管道爬行以检查腐蚀情况，或者安装在无人机上以检查输电塔上的油漆。这些和其他用途可以让我们更好地了解材料如何相互作用和原位降解。例如，如果能够使用非破坏性技术更好地理解这些问题，就可以更轻松地实时调整生产流程，以提高效率并进行修补以延长结构的使用寿命。经济效益和环境效益应该是指数级的。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1369733.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1369733.htm

X射线视觉：MIT发明的增强现实头显使人们能够看到隐藏的物品

X射线视觉：MIT发明的增强现实头显使人们能够看到隐藏的物品增强现实头显结合了计算机视觉和无线感知，可以自动定位隐藏在视线之外的特定物品，也许是在一个盒子里或在一堆东西下面，然后引导用户去取回它。该系统利用射频（RF）信号，它可以穿过纸板箱、塑料容器或木质隔板等普通材料，找到贴有RFID标签的隐藏物品，这些标签反映了射频天线发送的信号。当佩戴者穿过房间时，头显会引导他们走向物品的位置，物品会在增强现实（AR）界面上显示为一个透明的球体。一旦物品落入用户手中，被称为X-AR的头显就会验证他们是否拿起了正确的物品。当研究人员在一个类似仓库的环境中测试X-AR时，该头显可以将隐藏的物品定位到平均9.8厘米以内。它验证了用户拾取正确物品的准确率为96%。X-AR可以帮助电子商务仓库的工作人员快速找到杂乱的货架上或埋在箱子里的物品，或者在同一仓内有许多类似物品的情况下识别出订单的确切物品。它也可用于制造设施，帮助技术人员找到正确的零件来组装产品。法德尔-阿迪布说："我们这个项目的整个目标是建立一个增强现实系统，让你看到看不见的东西--在盒子里或角落里的东西--这样做，它可以引导你走向它们，真正让你以以前不可能的方式看到物理世界，"他是电子工程和计算机科学系的副教授，媒体实验室的信号动力学小组主任，也是关于X-AR论文的资深作者。为了创造具有X射线视觉的增强现实头显，研究人员首先必须为现有的头显配备一个可以与RFID标记的物品通信的天线。大多数RFID定位系统使用相隔数米的多个天线，但研究人员需要一个轻型天线，以达到足够高的带宽来与标签进行通信。该团队采用了一个简单、轻便的环形天线，并通过渐变天线（逐渐改变其宽度）和增加缝隙进行试验，这两种技术都能提高带宽。由于天线通常在户外工作，研究人员对它进行了优化，以便在连接到头显遮阳板上时发送和接收信号。建立了有效的天线装置后，研究人员专注于用它来定位RFID标记的物品。他们利用了一种被称为合成孔径雷达（SAR）的技术，它类似于飞机对地面物体的成像方式。当用户在房间里移动时，X-AR用其天线从不同的有利位置进行测量，然后将这些测量结果结合起来。通过这种方式，它就像一个天线阵列，来自多个天线的测量结果被结合起来，以定位一个设备。X-AR利用来自头显自我跟踪能力的视觉数据来建立一个环境地图，并确定其在该环境中的位置。当用户行走时，它计算出每个位置的RFID标签的概率。该概率在标签的确切位置上将是最高的，因此它使用这一信息来锁定隐藏的物体。一旦X-AR定位了物品，用户拿起了它，头显就需要验证用户是否抓住了正确的物品。但现在用户站在原地不动，头显的天线也没有移动，所以它不能使用合成孔径雷达来定位标签。然而，当用户拿起物品时，RFID标签也随之移动。X-AR可以测量RFID标签的运动，并利用头显的手部追踪能力来定位用户手中的物品。然后它检查标签是否发出正确的射频信号，以验证它是正确的物品。研究人员利用头显的全息可视化功能，以一种简单的方式为用户显示这些信息。一旦用户戴上头显，他们就会使用菜单从标签物品的数据库中选择一个物体。物体被定位后，它被一个透明的球体所包围，因此用户可以看到它在房间里的位置。然后设备以地板上的脚步声的形式投射出该物品的轨迹，该轨迹可以随着用户的行走而动态更新。为了测试X-AR，研究人员创建了一个模拟仓库，在货架上装满纸箱和塑料箱，并在里面放置有RFID标签的物品。验证发现，X-AR可以引导用户走向目标物品，误差小于10厘米--这意味着物品的位置与X-AR引导用户的位置平均相差不到10厘米。研究人员测试的基线方法的误差中值为25至35厘米。他们还发现，在98.9%的情况下，它能正确验证用户捡到了正确的物品。这意味着X-AR能够减少98.9%的拣选错误。当物品还在箱子里时，它的准确率甚至达到了91.9%。现在他们已经证明了X-AR的成功，研究人员计划探索如何使用不同的传感方式，如WiFi、毫米波技术或太赫兹波，以增强其可视化和互动能力。他们还可以增强天线，使其射程超过3米，并将系统扩展到多个协调的头显上使用。Adib的共同作者是研究助理TaraBoroushaki，她是论文的第一作者；MaisyLam；LauraDodds；以及前博士后AlineEid，她现在是密歇根大学的助理教授。该研究将在USENIX网络系统设计与实施研讨会上发表。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1347485.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1347485.htm

揭秘酸奶的隐藏超能力：预防抑郁和焦虑的天然卫士

揭秘酸奶的隐藏超能力：预防抑郁和焦虑的天然卫士弗吉尼亚大学医学院的研究人员发现了乳酸杆菌（一种存在于发酵食品和酸奶中的细菌）是如何帮助人体管理压力并预防抑郁和焦虑的。这些发现为治疗焦虑、抑郁和其他精神疾病的新疗法打开了大门。弗吉尼亚大学阿尔班-高蒂尔（AlbanGaultier）博士及其合作者的这项新研究之所以引人注目，是因为它明确指出了乳酸杆菌的作用，将其与自然生活在我们体内和身上的所有其他微生物区分开来。这些微生物统称为微生物群，科学家们越来越多地试图以它们为目标来对抗疾病和改善我们的健康。弗吉尼亚大学的新研究代表着这一努力向前迈出的重要一步，它为科学家们提供了一种创新的新方法来了解单个微生物的作用，从而促进开发治疗各种身心疾病的新疗法。弗吉尼亚大学医学院研究员阿尔班-高尔蒂埃和他的团队发现了发酵食品和酸奶中的乳酸菌如何帮助人体管理压力，并有助于预防抑郁和焦虑。资料来源：丹-艾迪森，弗吉尼亚大学健康学院弗吉尼亚大学神经科学系、脑免疫学与胶质细胞中心（BIGCenter）和跨大学微生物组计划的高提尔说："我们的发现揭示了肠道驻留乳酸杆菌如何通过调整免疫系统来影响情绪失调。这一研究可以为发现焦虑症和抑郁症急需的治疗方法铺平道路"。我们的肠道是无数细菌、真菌和病毒的天然家园。生活在我们体内和身上的微生物比我们体内的细胞还要多。这听起来可能令人厌恶，甚至令人震惊，但科学家们越来越意识到，这些微小的生物体及其无休止的相互作用对我们的免疫系统健康、心理健康以及我们福祉的许多其他方面都至关重要。众所周知，无论是疾病、不良饮食还是其他原因造成的微生物群破坏，都会导致许多疾病，甚至帮助癌症扩散。因此，近年来，研究人员对通过针对微生物群来防治疾病的潜力感到非常兴奋。早期尝试用益生菌来调节肠道菌群的结果喜忧参半。问题的很大一部分在于微生物群的复杂性。据估计，我们每个人体内都有39万亿个微生物，因此，要想了解特定细菌或真菌的作用，更不用说它们如何与所有其他微生物及其宿主相互作用，就像在沙滩上数沙粒一样困难。弗吉尼亚大学阿尔班-高提尔（AlbanGaultier）博士及其合作者的这项新研究之所以引人注目，是因为它准确地指出了乳酸杆菌的作用，将其与自然生活在我们体内和身上的所有其他微生物区分开来。资料来源：丹-艾迪森，弗吉尼亚大学健康学院创新的研究方法高蒂尔和他的团队采用了一种创新的方法来专门研究乳酸杆菌。高尔蒂耶实验室之前的研究表明，乳酸菌可以逆转实验室小鼠的抑郁症--这是一个非常有希望的发现。然而，研究人员需要了解如何做到这一点。"我们从之前的研究中了解到，乳酸菌有益于改善情绪障碍，并在心理压力后消失，但其根本原因仍不清楚，这主要是由于研究微生物组所面临的技术挑战"。高尔蒂尔和他的团队决定使用一种被称为AlteredSchaedlerFlora的细菌集合继续他们的抑郁症研究，这种细菌集合包括两株乳酸杆菌和其他六种细菌菌株。利用这种很少使用的细菌群落，研究小组能够创造出既含有乳酸杆菌又不含乳酸杆菌的小鼠，从而避免了对抗生素的需求。突破性发现果然，"改良的Schaedler菌群"产生了令人兴奋的结果。高尔蒂埃和他的同事们能够准确解释乳酸杆菌是如何影响行为的，以及缺乏这种细菌是如何加剧抑郁和焦虑的。他们发现，乳酸杆菌家族中的乳酸杆菌能维持一种名为γ干扰素的免疫介质的水平，这种介质能调节人体对压力的反应，有助于避免抑郁。有了这些信息，研究人员准备开发新的方法来预防和治疗抑郁症及其他精神疾病，而乳酸杆菌在其中扮演着重要的角色。例如，患有抑郁症（或有抑郁症风险）的患者有一天可能会服用专门配制的益生菌补充剂，以优化他们体内有益乳酸杆菌的水平。研究人员AndreaR.Merchak博士说："有了这些结果，我们就有了优化益生菌开发的新工具，这会加快新型疗法的发现。最重要的是，我们现在可以探索如何通过研究保持乳酸杆菌和/或干扰素γ的健康水平来预防和治疗焦虑症和抑郁症。"弗吉尼亚大学的科学家们已将他们的研究结果发表在《大脑行为与免疫》（BrainBehaviorandImmunity）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401647.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401647.htm

海豚还有隐藏的超能力：感知微弱电场

海豚还有隐藏的超能力：感知微弱电场海豚还有一双能同时看到两个方向的眼睛，能分泌抗菌凝胶以抵御寄生虫和藤壶的皮肤，健壮又具有流线的身躯可以在游泳时获得足够的推力，达到每小时30英里的速度；为了休息，它们每次都会关闭一半的大脑。2019年的一项研究还显示，它们拥有超级免疫系统，可以抵御抗生素细菌的侵袭。现在，德国罗斯托克大学（UR）的一项新研究又为海豚的能力清单增添了一项令人印象深刻的技能：感知微弱电场的能力。罗斯托克大学的两位研究人员仔细观察了幼年瓶鼻海豚脱落天生的细须后留下的小坑。他们意识到，这些小坑看起来与鲨鱼探测电场的结构一样，于是设计了一项研究，了解它们是否也能以同样的方式为海豚服务。他们首先训练纽伦堡动物园的两只海豚，让它们把下巴放在浸没在水池中的金属棒上。然后，他们训练它们在感觉到鼻子上方有电流产生时就游开。其中一只海豚能够感应到最小为5.5微伏/厘米的电流信号，而另一只海豚则更加敏感，能够感应到2.4微伏/厘米的电流信号，一微伏等于百万分之一伏。当研究人员脉冲电流而不是保持稳定时，海豚也表现出高度的反应性。他们说，这与海豚捕食的鱼类发出的那种微弱而不稳定的电场更接近。研究报告的合著者吉多-德恩哈特（GuidoDehnhardt）说："对弱电场的敏感性有助于海豚在捕捉鱼类之前的最后几厘米搜索藏在沉积物中的鱼类。这与鲨鱼使用这种感觉有很大不同，鲨鱼可以用这种感觉探测到70厘米（2.3英尺）外鱼类的电场。"研究人员还认为，这种被称为"电感知"的能力可以帮助海豚利用地球磁场进行导航，这也可以解释为什么偶尔会出现因磁场波动而导致海豚在海滩搁浅的情况。他们的研究发表在《实验生物学杂志》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1401275.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1401275.htm

海底考古神器 英国研发新型激光雷达：可水下捕获3D图像

海底考古神器英国研发新型激光雷达：可水下捕获3D图像一般情况下，在水下获取物体的3D图像极具挑战性，因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力，即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中，研究人员设计了一个激光雷达系统，该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测，这一方法使超快的低光检测成为可能，并在光子匮乏的环境（如高度衰减的水）中大幅减少测量时间。激光雷达系统通过测量飞行时间（激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间）来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间，研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子，使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。研究人员还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法，并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明，在3米距离的受控高散射场景中，3D成像取得了成功。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1358605.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1358605.htm

环球科学只需10周，你也能学会蒙眼识物的“超能力”

只需10周，你也能学会蒙眼识物的“超能力”来自美国加州的丹尼尔·基什（DanielKish）出生在1966年，刚满1岁的时候，他就因为患有一种罕见的儿童眼癌——视网膜母细胞瘤，而被摘除了两只眼球。丹尼尔几乎从来没有看过这个世界的样子。但走在路上的时候，他依然能判断出前面有一辆车；当站在一棵姿态奇异的树旁边，他不光能感觉到那是树，还知道树长歪了——只在低处蜿蜒，长不高，跟普通的树形状很不一样。他可以在城市里自如地行走，也能骑着自行车往来穿梭。假如只看丹尼尔骑车的画面，大家多半会以为这就是一个视力正常的普通人。但打开视频的声音之后，我们就会听见许多咔哒声，进一步仔细观察的话，还会发现声音是骑车人嘴里发出的。每秒两到三下，这些短促而清脆的咔哒声，是丹尼尔弹舌时发出的，也是他在回声定位中用到的工具。从很小的时候他就感觉到，每当自己发出声响，周遭的世界都会给个回应。而且，不同的物体有不同的回应，比如树、车、门廊……每种物体在他脑海里都对应着各自的“形象”，只是这形象不是由图像表示，而是由回声来体现。从回声当中，丹尼尔虽然听不出物体在视觉上的细节，但能分辨出轮廓，了解物体的形状和大小，还有距离和方向。想知道物体离自己多远，可以依靠回声的频率（音高）和响度来判断，离得越近音调越高且越响；左右耳收到的不同回声，则有助于推测物体所在的方向。当物体位置变化的时候，回声也会随之改变，丹尼尔出行时就需要频繁发出咔哒声，不停地感受周围环境。丹尼尔说，虽然自己弹舌的声音基本上每次都一样，但遇到物体后返回的声波，已经被物体表面的特性改变了。经过多年训练，他可以依靠回声来感受物体的质地，判断密度大小。这并不是什么精确的测量，但对丹尼尔来说能区分木栅栏和金属栅栏已经足够——木栅栏给他的回声更加沉闷一些。在衣食住行中，对盲人最不友好的或许就是出行，一种对未知世界的恐惧，可能阻挡了许多盲人出门的脚步。而丹尼尔的“声纳”再加上手杖，除了满足日常出行需求，还能支持他远足的爱好——回声定位，仿佛就是他与世界谈判的资本。