博士生Peter Ricci（左）和教授Otto Gregory在Gregory在URI的薄膜傳(chuan) 感器實驗室中測試數字狗鼻傳(chuan) 感器平台。在桌子上的兩(liang) 個(ge) 藍色設備是兩(liang) 個(ge) 最新的數字狗鼻版本。（圖片來源：Otto Gregory）

我們(men) 經常被提醒，麵對來自自然和想要傷(shang) 害我們(men) 的人的威脅，我們(men) 的健康和安全是多麽(me) 容易受到攻擊。

由羅德島大學工程學院的教授Otto Gregory和化學工程博士生Peter Ricci研發的新型傳(chuan) 感器功能強大，它們(men) 可以檢測分子水平上的威脅，無論是易爆物、致命病毒顆粒或是入境非法藥物。

“這是一項能挽救生命的技術。”Gregory說，“我們(men) 能在千萬(wan) 億(yi) 分之一水平上進行檢測。這就是對單個(ge) 分子的檢測。”

廣泛的應用

因為(wei) Gregory的傳(chuan) 感器很小且功能強大，它的應用範圍很廣。

Gregory說：“平台建設十分廣泛，所以你能把它用於(yu) 各種不同場合，許多不同用戶。”

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

國防部可能對把它用於(yu) 監控士兵身上的傷(shang) 口和檢測路邊簡易爆炸裝置感興(xing) 趣。

如果一名士兵或急救人員因彈片造成開放性傷(shang) 口，Gregory的傳(chuan) 感器能幫助檢測傷(shang) 口是否被感染。

“人體(ti) 為(wei) 傷(shang) 口產(chan) 生的過氧化氫可以表明抗生素對抗傷(shang) 口的效果有多好或多壞，”Ricci說，“我們(men) 的傳(chuan) 感器能被用作穿戴設備，在十億(yi) 分之一的水平上檢測來自傷(shang) 口的過氧化物。”

在邁阿密熱火隊的籃球比賽上，警犬被用於(yu) 識別人類皮膚毛孔上散發出的COVID-19痕跡。在《自然》（Nature）雜誌上發表的文章中，Gregory表示他的傳(chuan) 感器也能被用於(yu) 同樣的目的。

“警犬能從(cong) 皮膚檢測痕跡，我們(men) 的傳(chuan) 感器能從(cong) 人們(men) 呼吸中的生物標記上檢測。”來自西沃裏克的Ricci說。

海岸警衛隊也對這項技術感興(xing) 趣，它能被用於(yu) “嗅出”船上走私進入美國的非法毒品。

警犬和安全檢查 （圖片來源：維基百科）

縮小“數字狗鼻”

“所有典型的能被狗嗅到的味道，我們(men) 也可以檢測到.”Gregory說，“這就是為(wei) 什麽(me) 我們(men) 叫它數字狗鼻的原因。”

數字狗鼻曾在2019年11月的CBS今晨節目（This Morning）中展出，但是曾經工具箱大小的傳(chuan) 感器已經被縮小到了香煙盒的四分之一。“通過減少傳(chuan) 感器的熱質量，我們(men) 減少了運行傳(chuan) 感器需要的能量。”Gregory說，“我們(men) 以數量級為(wei) 克的熱質量開始，現在我們(men) 的傳(chuan) 感器的熱質量是微克量級的。”

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

“我們(men) 和一家位於(yu) 科羅拉多，名叫ITN Energy Systems的公司合作，該公司專(zhuan) 門製造小尺寸、小重量電池，” Gregory說，“他們(men) 製造厚度不超過一張紙的鋰電池。研發過程包括了找到合適的合作者，幫助我們(men) 優(you) 化催化劑和改善傳(chuan) 感器平台。”

通過測試

在2021年3月，海軍(jun) 研究實驗室攜其移動測試裝置來到URI的W. Alton Jones校區，對Gregory的傳(chuan) 感器等設備進行了測試。

“他們(men) 用蒸汽測試床在室外建了一個(ge) 測試場地。”Ricci說，“他們(men) 能選擇爆炸物分子並把它傳(chuan) 送到傳(chuan) 感器係統。他們(men) 知道物質濃度，想看看我們(men) 的傳(chuan) 感器如何反應。其中一項測試是千萬(wan) 億(yi) 分之一水平。”

保持領先

隨著壞人開發出新的炸藥或在現有炸藥上即興(xing) 發揮的新方法，好人一直試圖領先一步。

“國土安全部要求我們(men) 足夠靈活，能預知和適應可能在未來幾年出現的突發威脅。”Gregory說，“我們(men) 能根據現有威脅的特定分子調整催化劑。這就是我們(men) 對生物標誌物、毒品所做的事情。這個(ge) 平台的好處就是它足夠靈活。”

研發長路

Gregory和Ricci研發的傳(chuan) 感器經過長期的測試和改進。這位教授的研究最初在20年前由國防高級研究計劃局（DARPA）資助，這是一個(ge) 美國國防部的研發機構，負責開發用於(yu) 軍(jun) 事的新興(xing) 科技。

在DARPA資助該項目兩(liang) 年後，陸軍(jun) 又為(wei) 其提供了一年資助。之後該項目一直由國土安全部提供資金。

“在當時，這項研究很新並非常不同。”Gregory說，“DARPA為(wei) 高風險、高回報項目提供資金。我們(men) 證明了當時他們(men) 對我們(men) 的理念進行的賭博得到了回報。”

東(dong) 北大學（Northeastern University）的Robert D. Black傑出工程學教授Michael Silevitch與(yu) Gregory在此項目上合作已經超過10年了。

“這是一項突破性的技術。”Silevitch說，“Otto在化學檢測器上的工作已經發展到可以在許多應用中使用的程度，應用包括在無人機平台上部署傳(chuan) 感器，以幫助保護學校、購物中心或宗教場所等軟目標。”

邁向新章

現在傳(chuan) 感器變得小而輕，它們(men) 能被安裝在無人機上，用於(yu) 更多新用途。

“我們(men) 正與(yu) 無人機公司討論在無人機上使用我們(men) 的傳(chuan) 感器。”Gregory說，“無人機需要小巧的便攜式電源，你還需要接進它們(men) 的無線交流係統。這相比陸軍(jun) 為(wei) 檢測路邊簡易爆炸裝置使用的機械臂是一種非常不同的工程環境。”

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

“我們(men) 需要一係列的傳(chuan) 感器，用於(yu) 在其他爆炸物或化學前體(ti) 存在時檢測一種特定的爆炸物。”Ricci說，“如果存在三團不同的爆炸物，我們(men) 需要從(cong) 中分辨每一種。”

準備使用

既然傳(chuan) 感器已經被驗證有效，它在現實中投入使用隻是資金問題了。

“我們(men) 的傳(chuan) 感器還不是現成的商業(ye) 產(chan) 品，但是我們(men) 有潛在的合作者。”Gregory說，“我們(men) 隻需要一位顧客站出來說，這是一千個(ge) 傳(chuan) 感器的訂單，你能送貨嗎？”

配有傳(chuan) 感器的無人機 （圖片來源於(yu) 視頻）

作者：Neil Nachbar

翻譯：王嘉鈺

審校：汪茹

引進來源：羅德島大學


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