NASA航天技術轉(zhuǎn)移案例

案例1 壓力服挽救新母親的生命

1969年的一天，NASA艾姆斯研究中心接到了一個不尋常的求助電話：一名當?shù)貗D女在分娩幾周后仍然腹腔出血，盡管在9次外科手術中每次都試圖止血，但依然無濟于事，她的病情被稱為產(chǎn)后出血（PPH），如果不及時治療，可能會致命。

在研究了這個問題之后，NASA艾姆斯研究中心和其他地區(qū)的研究人員提出，使用充氣抗荷服的外部壓力對該產(chǎn)婦整個下半身施加壓力，可能會阻止出血。NASA長期以來一直使用充氣式抗荷服防止血液匯集在腿部，以防止試飛員和航天員在極端加速和在太空飛行后恢復地球引力時暈倒。

該團隊迅速修改了一套壓力服，讓其承受一系列壓力，并將其改裝適應醫(yī)院的供氣瓶，送到醫(yī)院后立即將其用于患者。病人穿上這件壓力服僅僅10個小時后就開始恢復，3個月后完全康復。

艾姆斯研究中心在后續(xù)的研究中，進一步研究了抗荷服的作用機理，并認識到可以用更低的壓力來減少出血，并從腿部和下半身向心臟和大腦快速轉(zhuǎn)移所需的血液，以治療出血或脫水，這一過程被稱為自體輸血。

20世紀90年代初，加利福尼亞州Zoex公司開發(fā)出了基于該技術的第一個商用版本。Zoex公司開發(fā)出的非充氣抗沖擊服（NIASG），可以用來抵御多種類型的沖擊。相關醫(yī)學專家開展了一系列研究，并在2004年發(fā)表了一份基于14例低血容量性休克的研究報告，其中NIASG被用作主要干預措施。NIASG幫助挽救了13名患者的生命。

醫(yī)學專家對改進版的非氣動抗沖擊服（NASG）進行了臨床研究，結果表明，使用NASG可以使PPH患者的失血量和死亡率降低50%。2012年底世界衛(wèi)生組織（WHO）、國際婦產(chǎn)科醫(yī)師和產(chǎn)科醫(yī)生聯(lián)合會決定正式將NASG納入其PPH管理指南。

自WHO支持NASG以來的短時間內(nèi)，已有20個國家購買了一種名為LifeWrap的NASG低成本版本；在世界各地，安全孕產(chǎn)項目繼續(xù)傳播有關使用LifeWrap的信息并提供培訓。在遭受臺風“海燕”的菲律賓、受埃博拉病毒影響的非洲國家、東帝汶的救護車及坦桑尼亞的農(nóng)村地區(qū)，越來越多的地方使用了LifeWrap。

人們喜歡把它稱為“奇跡壓力服”。

案例2 來自“國際空間站”生命保障系統(tǒng)的礦難救生艙

2011年7月21日，亞特蘭蒂斯號航天飛機完成了為期13天的飛行，返回肯尼迪航天中心，標志著NASA航天飛機時代的終結。航天飛機退役后，運送航天員的工作完全依靠俄羅斯的“聯(lián)盟”飛船。但是NASA一直在尋求商業(yè)載人航天飛行的發(fā)展，試圖開發(fā)出由私營企業(yè)運行和支持的技術，來承擔人員運輸任務。

2009年，NASA為此啟動了一項征集活動，一家名為Paragon空間發(fā)展有限公司的企業(yè)提出，打算研發(fā)一種緊湊型的空氣凈化系統(tǒng)，用于未來私營載人飛船的生命保障系統(tǒng)。

對航天員來說，航天器的內(nèi)部就像一個氣泡，為其提供可以用來呼吸的空氣。然而這個氣泡中的空氣必須不斷凈化，去除有害物質(zhì)。每一架航天飛機都裝備了空氣再生系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由大量零部件組成，分散在航天飛機的各個角落。Paragon公司的研究方向，是把這些分散的零件集成為一個獨立的設備，可以安裝到各類商業(yè)載人航天器中去。

2010年，NASA與Paragon公司簽署了合作協(xié)議。兩個機構的工程師們用10個月的時間就完成了稱為“商業(yè)載人運輸空氣凈化系統(tǒng)”（CCT-ARS）的多用途組件，它由7個主要設備組成：二氧化碳凈化器、微量污染物凈化器、空氣過濾器、過火空氣再生器、艙內(nèi)空氣循環(huán)器、除濕器、溫度控制器。對于CCT-ARS的實際應用來說，一般只需要承擔從地面起飛后抵達“國際空間站”這段路程中的空氣供應，持續(xù)工作時間在60個小時左右。唯一的維護需求，是更換二氧化碳濾芯兩到三次。除此之外，不需要再照料它。

Paragon公司完成CCT-ARS研制后，美國聯(lián)邦礦業(yè)安全與健康管理局發(fā)現(xiàn)這個產(chǎn)品在礦難掩蔽所領域中有應用潛力。

礦難當中，人們要面對很多危險情況，包括有毒煙氣泄漏、瓦斯爆炸、透水、地震等。因此，各國需要通過立法來規(guī)范采礦行為，其中包括了礦難掩蔽所。用鋼板制成掩蔽所，其中存放有食物、水、急救器材、通信系統(tǒng)，以及清潔、溫度受控的空氣。按照有關要求，這樣的掩蔽所要能供應一個人在其中生活4天，等待救援。

Paragon公司在美國聯(lián)邦礦業(yè)安全與健康管理局的協(xié)調(diào)下，與一大批掩蔽所研發(fā)企業(yè)進行了磋商，同時展開獨立研究。研究表明，CCT-ARS不僅能在地球軌道上得到應用，還可以在礦難中發(fā)揮作用。

2012年3月，Paragon公司和位于美國肯塔基州蘭卡斯特的礦業(yè)掩蔽所公司簽訂協(xié)議，后者購買CCT-ARS專利的十年使用權，用于生產(chǎn)礦山用空氣凈化系統(tǒng)。采用了CCT-ARS技術的掩蔽所除了定期更換二氧化碳濾芯之外，這套礦山用空氣凈化系統(tǒng)不需要干預或者調(diào)整。這種掩蔽所以電磁為能源，可以連續(xù)工作4天不停機，可以給礦工提供幾乎一切生存必要的條件。而該公司的舊款掩蔽所在實際使用時需要更加頻繁的保養(yǎng)維護。舊款的二氧化碳過濾器最多只能工作12個小時，新的掩蔽所二氧化碳過濾器的使用時間可以達到24小時；舊款掩蔽所的溫度控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)風扇，需要人工調(diào)節(jié)，而采用了CCT-ARS的新型號改為自動控制，用液冷單元來保持適宜溫度；另外，舊款的氧氣分發(fā)系統(tǒng)同樣是人工調(diào)節(jié)的，新款改為自動控制，可以隨時保持艙內(nèi)氧氣含量處在最佳狀態(tài)。考慮到這種新型掩蔽所的優(yōu)點非常明顯，礦業(yè)界對它給予高度評價。國土安全部和國防部也在考慮，采購這種掩蔽所作為安全屋使用。

2012年11月，CCT-ARS被美國航天基金會評為“得到驗證的航天技術”。

案例3 用富有創(chuàng)意的方式保存歷史記錄

在月球上，保留了“阿波羅”計劃登月時的很多遺物。如果把它看作一座博物館，那么迄今為止還沒有游客訪問過。遺物的內(nèi)容包括反射計、靴子、下降級本身，乃至著名的阿姆斯特朗腳印，加起來大概有100多件。還有一件遺物是一個鋁制的罐子，里面裝著一個50美分硬幣大小的硅盤。上面刻著73個國家和4名美國總統(tǒng)的寄語，所用的字母大小還不到人類頭發(fā)直徑的四分之一，只能用顯微鏡觀看。為了更好地保護這些具有紀念性的文字，又不顯著增加載荷，還要能夠耐受月球上的極端溫度，NASA與一家名為Sprague電子公司的企業(yè)進行合作。Sprague電子公司在硅盤文字的刻錄中，采用了半導體制造技術，每條寄語的大小還不到針尖大。

Sprague電子公司在1971年把這項技術申請了專利，直到21世紀，才有兩家企業(yè)向NASA申請了技術轉(zhuǎn)移，用上文中所述的技術來保存地球上的重要文獻。

2006年，羅切斯特理工學院電子工程學教授穆坤德和研究生阿賈·帕蘇普萊提接到一個項目，保存一種不尋常的材料——棕櫚葉上的文獻。這份文獻是印度古代意識形態(tài)研究的記錄，記載在棕櫚葉上，至今已經(jīng)有700多年了。如果棕櫚葉降解，文獻就消失了。

師生二人提出了一個解決方案，那就是用硅。硅在半導體工業(yè)中得到了廣泛應用，硅制品壽命長、防水、耐潮濕，在300℃以下都能保持穩(wěn)定。

兩人檢索了如何利用硅和半導體產(chǎn)品技術來制造能長期保存的文獻資料拷貝，發(fā)現(xiàn)了這個與阿波羅11號相關的專利。這項專利已經(jīng)過期，可以公開免費使用。兩人把這項技術納入自己新開發(fā)的專利當中。為了把這項技術商業(yè)化，兩人發(fā)起成立了NanoArk公司。

NanoArk公司采用了一種稱為Waferfiche的光刻法工藝，把文件刻錄到極小的硅盤上，每個硅盤可以容納兩千幅字母大小的圖像。Waferfiche工藝制成的硅盤可以耐受一定時間的火燒，重要的是完全防水。NanoArk公司指出，潮氣才是各種信息保存手段最大的威脅。Waferfiche技術可以把重要記錄保存500年。而現(xiàn)有流行的很多文獻保存技術——例如縮微膠片——也具備同樣的保存時長，但必須提供一定的溫度和濕度環(huán)境才能做到。Waferfiche則無需這樣的條件，因此保存的成本比較低，對環(huán)境的影響也比較小。如果打算讀取硅盤上的信息，所需的只是一副放大鏡而已。目前還沒有其他技術能夠在重要文獻長期保存方面與Waferfiche相提并論。

案例4 行星導航AI“腦”有助于無人機和汽車避免碰撞

NASA出資的深空計算研究旨在開發(fā)可以自主探索行星地形的機器人，例如，要將自學機器人放在火星上，只能依靠星上計算能力，不能把信息發(fā)送給服務器，沒有GPS，向火星發(fā)送的任何信息都可能會被破壞或完全失效，而且很難在火星和地球之間實施大量通信和信息交換。需要研究能夠在這些最苛刻條件下工作的系統(tǒng)。

馬西米利亞諾·范思哲與波士頓大學認知和神經(jīng)系統(tǒng)部門的同事一起創(chuàng)建了Neurala公司，該公司的核心技術是以人腦為模型的人工智能（AI）“腦”神經(jīng)網(wǎng)絡軟件，可以使用普通相機和傳感器與其環(huán)境互動并從中學習。Neurala大腦可以在本地處理周圍環(huán)境，因此不需要像其他AI系統(tǒng)那樣的基于云的超級計算機。2009年初，該團隊開始致力于國防高級研究計劃局（DARPA）SyNAPSE項目，旨在研發(fā)低功率計算機，這種計算機受生物神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦的啟發(fā)，這是該研究可能產(chǎn)生理論影響的初步信號。NASA蘭利研究中心看到類腦系統(tǒng)的潛在應用，與Neurala公司簽訂小企業(yè)技術轉(zhuǎn)讓（STTR）合同，這份合同的第一階段致力于展示火星上的漫游車如何學會在無人監(jiān)督的仿神經(jīng)計算模式下導航，并在陌生的環(huán)境中找到自己的路徑。2011年，Neurala與波士頓大學神經(jīng)形態(tài)實驗室的學術伙伴合作，完成了STTR第一階段的研究，并進行了另外一個關鍵研發(fā)，很快變成其商業(yè)產(chǎn)品：基于被動式傳感器的可視處理器，使機器人能夠識別對象并與對象交互并學習新的地形。因為視覺處理器在地球上有明顯的潛在用途，所以NASA創(chuàng)新基金提供另一個獎項支持Neurala團隊，開發(fā)無人機避碰技術。

Neurala為消費者機器人和無人機創(chuàng)建了幾個iOS和Android應用程序，如Parrot Jumping Sumo地面機器人，DJI Phantom和Parrot Bebop無人機。該公司還向無人機制造商Parrot和Teal授權該技術。這些產(chǎn)品幫助公司進入其真正的市場：設計者和制造商。Neurala在2016年12月宣布已經(jīng)在其A輪融資中籌集了1400萬美元——此前的種子輪已經(jīng)融資了200萬美元——并且已經(jīng)與幾家無人機公司、工業(yè)機器人制造商以及一家開發(fā)自動駕駛汽車的制造商簽訂了合同。Neurala公司的主要產(chǎn)品，即Brains for Bots軟件開發(fā)套件，使應用程序開發(fā)人員能夠?qū)eurala 大腦集成到為無人機、自動駕駛汽車、工業(yè)機器人、智能相機、玩具、小工具、移動電話以及計算機中使用的各種計算平臺而創(chuàng)建的程序中。該軟件可以學習識別、查找和跟蹤對象。后期的軟件迭代將集成導航和先進避撞功能。

范思哲說：“如果沒有NASA，Neurala公司就不會成為現(xiàn)在的樣子。”

案例5 耐受高溫和輻射的薄膜用于保護電子產(chǎn)品

1972年，NASA蘭利中心的科研人員從事了一項研究，希望能開發(fā)出一種能在太空中使用的強健材料。他們把多層高強度聚酰亞胺結合在一起，形成了一種厚度很小的薄膜。聚酰亞胺薄膜可以耐受宇宙中的極端溫度和輻射，因此有應用價值。

嘗試了大約100種不同的聚酰亞胺結構之后，科研人員發(fā)現(xiàn)了幾種近乎于無色透明的結構。在太空中，有顏色意味著會吸收熱量，導致結構和電路受損。他們進一步探索無色聚酰亞胺的奧秘，發(fā)現(xiàn)無色聚酰亞胺在模擬宇宙環(huán)境中表現(xiàn)出了更穩(wěn)定的性能，并發(fā)明了兩種被稱為無色聚酰亞胺1號和2號（CP1和CP2）的薄膜。

90年代，SRS技術公司從蘭利中心取得了聚酰亞胺的獨家專利，提出了一些制造工藝上的改進方法，在批次規(guī)模、幅寬、再生性、分子量方面都有了改進。2007年，ManTech技術公司收購了SRS，后又成立了NeXolve公司，開發(fā)輕質(zhì)的望遠鏡用薄膜光學設備。這家公司已經(jīng)開發(fā)出了透明光學薄膜和反射光學薄膜。利用這種材料開發(fā)出了薄膜反射鏡，其效果和玻璃反射鏡相當，但重量要小得多。這家公司還把CP1薄膜與銅箔相結合，作為航天器的絕熱材料使用。

今天的聚酰亞胺薄膜在很多領域得到了應用，從筆記本電腦到烤面包機，這是因為它不但耐熱，而且化學性質(zhì)穩(wěn)定。CP1在復雜溫度和環(huán)境下表現(xiàn)出了穩(wěn)定的物理和電特性。由于它的吸水性比傳統(tǒng)高分子材料低得多，因此可以用作印刷電路板基材。在一個有限面積上，電子設備越多，發(fā)熱就越嚴重，也就會導致更嚴重的熱脹冷縮。熱脹冷縮越顯著，吸水就越嚴重。如果基材不吸水，就能有效改善電路性能。NeXolve公司還與印刷電路板測試企業(yè)、計算機硬盤零件供應商展開合作，特別是打算把產(chǎn)品用在硬盤驅(qū)動器電機懸架上。