【前沿动态】太赫兹激光器 | 原子能发动机 | 3D打印飞机座舱 | 3D打印高超声速发动机燃烧室 | 人脑超强存储能力
英国使用石墨烯等离子体研发出可调谐太赫兹激光器
英国曼彻斯特大学的一个研究小组使用石墨烯等离子体的独特特性开发了一款可调谐太赫兹激光器。该成果发表在《科学》杂志上，该论文描述了研究小组的实验方法、所制作的四个原型、激光器的效果，以及他们将新技术应用到可用设备中的计划。马可·波利和意大利理工学院在同一期对该研究团队的工作提出了一些意见，并就该技术可能发挥重要作用的领域提供了一些评论。
在太赫兹范围内工作的激光器可用于多种应用，因为其光束能够穿过衣物或覆盖物。这种激光器已制造出来，但迄今为止，只有一个固定波长，这限制了其在现实环境中的实用性。英国研究小组的这项新研究找到了一种方法，可调太赫兹激光器的波长，或许会改变太赫兹激光器的现状。
为了研制新的激光，该研究小组使用石墨烯替代激光器中的金属，因为石墨烯的波长可以在电场中被改变。他们开始通过一系列砷化铝镓量子点和不同厚度的砷化镓井放置在基板上，随后用黄金制成的波导将其覆盖。再将一层石墨烯放置在黄金层的顶部，研究人员减少了裂缝迫使电子穿过井之间的隧道。最后用聚合物电解质覆盖该三明治结构，并用悬臂梁的方式调谐激光器。
该实验制备出一个能产生太赫兹光束的器件，但不可能用于日常应用中。研究组又制备了四个原型，并在各种情况下对这些原型进行了测试。该团队相信这些器件，他们称其为“概念证明”，可以修改以实现电压控制，从而适用于每个狭缝，这将使器件具有更大的调控性。此外，波利还指出一个问题，即聚合物会防止悬臂梁背面的尖端与石墨烯片足够接近，阻碍精确控制的实现。
（来源：中国国防科技信息网，作者：张慧）
俄罗斯为深空探索任务建造原子能发动机
[澳大利亚每日航天网站2016年1月19日报道] 俄联邦航天局已向俄罗斯政府提交了“未来十年发展规划”文件，其中包括建造以原子能为动力的发动机原型，能够支持航天器进行远距离的深空探索任务。
原子能发动机将使用核反应堆提供动力。俄罗斯国家原子能公司发言人安德烈•伊万诺夫表示，该发动机的建造工作正在按照计划的时间表进行，有望能如期完工。近期，俄联邦航天局提交了“2016-2025俄联邦空间项目”文件，以期俄罗斯政府批准，原子能发动机项目属于其中一部分。“2016-2025俄联邦空间项目”设想了广泛的空间探索计划，为原子能发动机项目指明了方向。
根据伊万诺夫，该项目近期执行了两个重要阶段的工作。反应堆套管的测试已成功完成，套管在超压条件下进行了测试，该测试还对金属、焊接和锥形交叉进行了3D测量。此外，该项目已建造了独特的反应堆燃料元件，使发动机能够在高温、大温度梯度和高剂量辐射条件下运行。
当前，空间探测器（如NASA“航海家”号与“先驱者”号航天器）使用“放射性同位素热电式发电机”(RTG)，将放射性钚-238生成的热能转化成有用的电能。自20世纪60年代以来，这些原子能电池已被用于为长期的无人空间任务提供动力，使航天器抵达太阳系的遥远位置，或者在太阳能电池无法发挥作用的行星暗面运行。在1977年发射后，“航海家”-1的3个RTG产生了约470瓦特的电力，其输出功率随着时间不断降低。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：冯云皓）
IARPA 新项目积极推进人工智能和机器学习
[军事航空航天电子学网站2015年1月13日报道] 近日，美国情报专家正试图通过综合数据科学和神经科学，对人脑的算法进行逆向工程，从而快速推进机器学习和人工智能。
高级情报研究计划局（IARPA）官员为大脑皮层网络机器智能（MICrONS）项目发布广泛机构公告，推进神经计算的理论发展。
MICrONS项目旨在生成更强的神经衍生机器学习算法，提高执行综合信息处理任务的能力，如单次学习、无监督聚类以及近乎人类熟练程度的场景解析等。
IARPA研究者表示，计算机和信息技术领域的研究人员对人脑数据处理领域非常感兴趣。人脑在噪声较大和非线性变换等情况下能够准确区分信号，其功能类似于数据处理器，可根据区分的单个实例推断刺激的整体类别。
MICrONS项目旨在通过生成机器学习算法，推动机器学习和人工智能的巨大发展。该算法利用神经启发的体系结构和数学抽象（涉及大脑的表达、转换、大脑和规则学习）。
加入该项目的相关公司将利用新高分辨率结构和脑功能映射工具，进行有针对性的神经科学实验。
这个项目将基于实践、理论和实验结果，进一步优化算法。
研究人员最终的解决方案，可以像人类一样，高效处理复杂的信息任务。
该项目为期5年，包括三个阶段,包括可提高大脑皮层的理解力的神经解剖学研究和神经生理学研究。每个阶段会生成一个新的、更具挑战性的算法。
项目的三个技术领域涉及实验设计、理论神经科学、计算神经建模、机器学习、神经生理学数据收集、数据分析；神经解剖学的数据收集和脑皮层回路的重建。
征询书的截止日期是2015年3月13日。
（来源：中国国防科技信息中心，作者：吴海）
空客公司与Autodesk公司合作制造
世界上最大的3D打印飞机座舱零件
[据航空航天制造杂志2016年1月14日报道]被称为“仿生隔断”的零件采用定制的算法生成一种酷似蜂窝结构和骨骼生长的设计方案，利用增材制造技术生产。这种设计和制造工艺相比于传统工艺使结构更强，重量更轻。
该隔断是将座位区与飞机上的配餐间分开的壁板，并固定驾驶舱人员使用的弹跳座椅。像许多飞机零件一样，隔断具有不可思议的设计和结构需求，包括特定切口和重量限制，因此再生设计方法相当重要。在空中旅行中，减少重量意味着减少燃油使用。空客设计的这种仿生隔断比目前设计的重量轻45%（30kg），如果用于整个驾驶舱和目前的A320飞机时，估计每年能够减少46.5万吨CO2排放，等同于一年减少大约9.6万辆客车。
新的仿生隔断采用第二代铝-镁-钪合金，被称为Scalmalloy合金，是由空客专门从事增材制造和先进材料研究的子公司APWorks开发的。Scalmalloy是专门为3D打印而设计的材料，具有杰出的机械性能。这是首次用于大尺寸飞机内部零件。
再生设计是指利用无数CPU通过云计算生成不可思议的先进设计和工程方案来满足具体目标和约束。再生设计能开发出有经验的设计人员考虑不到的新型解决方案，同时改进质量和性能。由于设计方案不可能采用传统方法生产，因此增材制造技术对再生设计的成功是关键。该隔断的第一阶段试验已经完成，进一步试验将于明年进行。仿生隔断项目是Autodesk公司、空客、APWorks和Living公司共同开展的联合项目。
（来源：国防科技信息网，作者：中国航空工业发展研究中心 任晓华）
轨道ATK公司成功试验
增材制造高超声速发动机燃烧室
轨道ATK公司在NASA兰利研究中心成功试验3D打印高超声速发动机燃烧室。该燃烧室采用“粉末床熔融”增材制造工艺制造，在长达20天的试验过程中，经历了一系列高温高超声速飞行条件的检验，其中一个试验件创造了持续推进风洞试验时间最长的记录。分析表明，该试验件满足甚至是超过所有试验需求。
在紊乱的条件下保持稳定的燃烧是超燃冲压发动机推进系统最具挑战的内容之一，这些试验在一定程度上保证“粉末床熔融”制造的零件具有足够的鲁棒性，满足任务需求。
轨道ATK公司防务系统集团导弹部副总裁兼总经理帕特·诺兰表示，“增材制造为设计人员和工程师打开了新的局面，可以制造过去不能制造的产品，该超燃冲压发动机燃烧室是一个很好的范例。本次试验成功将激励我们的工程师继续探索新的设计，并应用这些创新工具降低成本，减少制造时间”。
在兰利研究中心的试验是考验轨道ATK公司新燃烧室的一个重要机会。过去，复杂的构型需要多个部件，并进行复杂的装配，而现在可简化成单独且成本更低的部件。
“粉末床熔融”是轨道ATK公司及其合作伙伴正在探索的制造方法之一，这些试验燃烧室的最终装配将在纽约科马的工厂及位于西弗吉尼亚州火箭中心的阿勒格尼弹道试验设施完成。 （中国航天系统科学与工程研究院 张连庆）
美媒：新研究称人脑记忆力相当于整个互联网
核心提示：尽管成年人的大脑仅能产生约20瓦的不间断能量（相当于一个昏暗的灯泡），人类的大脑存储及检索记忆的能力却惊人地高效
1月23日报道 美媒称，美国《电子生命》期刊上发表的一项新研究认为，人类大脑所能存储的数据量为之前所想的10倍。上述发现或将有助于研究人员开发高效、功能强大的人工智能。
据美国沃卡蒂夫新闻网站1月22日报道，该研究作者之一、美国索尔克生物研究所教授特里·谢伊诺夫斯基在声明中说：“这对神经系统科学来说是真正的爆炸性事件。新测量方式使我们对大脑记忆力的估算结果比过去增加9倍，可达千万亿字节，相当于整个互联网。”
首先来讲一些背景知识。人的大脑形成思想时，神经元通过一些被称为突触的特殊结点交流信息。每个神经元都有数千个突触，以与数千个其他神经元连接起来。这些突触会随时间而发生改变，这取决于使用它们的频率。当相同神经元通过相同突触一次又一次连通的时候，它们之间的联系变得强大，这就形成了记忆。
索尔克生物研究所的科学家们在研究大鼠大脑时首次发现，一个神经元可与另一个神经元形成几乎完全相同的两个突触，这看起来多余。由于这些突触看起来尺寸相同，而突触只有大中小三个尺寸，他们认为这两个突触之间不会有太大差别。然而当他们进一步研究时，发现了意料之外的细微差别。
该研究的作者之一、索尔克生物研究所科学家汤姆·巴托尔在声明中说：“我们惊奇地发现这些成双成对的突触在尺寸上存在非常小的差别，尺寸差距平均仅为8%。这是大自然的诡计。”
8%看起来并不多，但是当他们把这个数字代入研究人类大脑的运算法则之后，这个细微的差别给整个系统带来了重大变化，推算出突触有26个尺寸而不是3个，这相当于每个突触能存储约4.7字节的信息。而之前的推算认为每个突触的存储能力在1到2个字节之间。谢伊诺夫斯基说：“这种精确数量级超出所有人的想象。”
尽管成年人的大脑仅能产生约20瓦的不间断能量（相当于一个昏暗的灯泡），人类的大脑存储及检索记忆的能力却惊人地高效。对人类的大脑如何能利用那么少的能量完成如此高精度的活动进行研究，能指导整整一代电脑科学家。他们试图制造精密而高效的电脑，以进行深度学习、识别语言并拥有更先进的人工智能。
谢伊诺夫斯基说：“我们的发现意义深远。”
（来源：参考消息网）
大脑存储容量有多大
相当13.3年高清电视录像
核心提示：这一发现成果也对大脑的惊人效率给出了一个合理的解释。意识清醒的成人大脑可以产生大约20瓦持续功率，相当于一个昏暗的电灯泡。
美国索尔克生物学研究所科学家近日对人类大脑突触的存储容量进行测量发现，平均一个突触能够存储大约4.7比特的信息数据。这就意味着人类大脑的信息存储容量至少为1帕字节，即1千万亿字节，这一容量比此前想象认为的人类大脑信息存储容量要大10倍。
索尔克生物学研究所研究团队利用实验鼠的海马体组织建立起一个三维模型，他们注意到一些不寻常的现象。
在某些情况下，一个神经元的独立轴突可以形成两个突触伸向另一个神经元的一个独立树突。这表明，第一个神经元似乎向接收神经元发送了一个复制信息。
新浪科技讯 北京时间1月22日消息，据国外媒体报道，美国索尔克生物学研究所科学家近日对人类大脑突触的存储容量进行测量发现，平均一个突触能够存储大约4.7比特的信息数据。这就意味着人类大脑的信息存储容量至少为1帕字节，即1千万亿字节，这一容量比此前想象认为的人类大脑信息存储容量要大10倍。
人类大脑突触主要负责记忆存储。如果说人类大脑信息存储容量达到1帕字节，那么如此庞大的信息相当于大约两千万个四抽档案柜所能够存放的文字信息，或者相当于13.3年时长的高清电视录像。科学家们此次研究成果发表于生命科学顶级期刊《eLife》之上，该成果同时解决了一系列长久以来的难题，如人类大脑为什么如此精力充沛？为什么能够帮助工程师们制造如此强大的电脑？
该项研究负责人之一、美国索尔克生物学研究所科学家特里-塞吉诺维茨基表示，“这在神经科学领域算是一颗真正的重磅炸弹。我们发现了解密海马体神经元是如何以较低能量实现高效计算的设计原理。通过对大脑记忆存储容量的测量，保守估计这一容量应提高10倍，即达到1帕字节。”
人类的记忆和思想是大脑中电波和化学活动的结果。这些活动的一个关键部分发生于神经元的分支（好比电线的线路）相互作用于某些特定结点（即突触）。一个神经元的“输出线路”（即轴突）与另一个神经元的“输入线路”（即树突）相连接，信号以一种被称为“神经递质”的化学物质沿着突触传递，并告诉接收神经元是否将电信号传递给下一个神经元。每一个神经元可以通过数千个这样的突触与数千个其它的神经元联系。尽管科学家已经知道突触的机能障碍可导致许多神经方面的疾病，但突触的真正工作机制仍然是个谜。较大的突触相对比较强大，比中等或小型突触更可能激活周围的神经元。
索尔克生物学研究所研究团队利用实验鼠的海马体组织建立起一个三维模型，他们注意到一些不寻常的现象。在某些情况下，一个神经元的独立轴突可以形成两个突触伸向另一个神经元的一个独立树突。这表明，第一个神经元似乎向接收神经元发送了一个复制信息。最初，研究人员并未在意这个复制品，因为在海马体中发生这种现象的概率只有十分之一。但是，研究团队成员汤姆-巴托尔意识到，如果他们能够测量出两种相似突触之间的差异，就可能了解突触的大小。“我们吃惊地发现，每一对突触的大小差异非常小。平均说来，突触的大小差异只有大约8%。此前没有人去关注这么小的差异。”
由于神经元的记忆存储容量依赖于突触的大小，那么这8%的差异就成了一个关键的因素。研究人员将这种差异列入他们的算法模型。巴托尔介绍说，“我们的数据表明，突触的规模要比此前研究得出的结论大10倍以上。”在电脑术语中，平均一个突触的信息存储量约为4.7比特。塞吉诺维茨基认为，“这比此前任何人所想像的数据要高出大约一个数量级。”
这一发现成果也对大脑的惊人效率给出了一个合理的解释。意识清醒的成人大脑可以产生大约20瓦持续功率，相当于一个昏暗的电灯泡。研究人员的发现成果还可以帮助计算机科学家研制超精确又极节能的计算机，尤其是那些采用“深度学习”或“人工神经网络”技术的计算机。塞吉诺维茨基表示，“大脑的这一技能完全可以为未来更先进计算机的设计指明方向。”
（来源：新浪科技，作者：彬彬）
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