前沿掃描六則

首個微芯片內集成液體冷卻系統問世

隨著全世界數據生成和通信速率不斷提高，以及不斷努力減小工業轉換器系統的尺寸和成本，人們對小型設備的需求與日俱增，這使得電子電路的冷卻變得極具挑戰性。工程師認為，將液體冷卻直接嵌入微芯片內部，是一種很有前途和吸引力的方法，但目前的設計包括單獨的芯片制造系統和冷卻系統，因而限制了冷卻系統的效率。鑒于此，瑞士洛桑聯邦理工學院研究人員日前報告了一種全新集成冷卻方法，對其中基于微流體的散熱器與電子器件進行了共同設計，并在同一半導體襯底內制造。研究人員報告稱，其冷卻功率最高可達傳統設計的50倍。此次的新成果可以使電子設備進一步小型化，有可能擴展摩爾定律并大大降低電子設備冷卻過程中的能耗。

小于零點一毫米的機器人誕生

將電子器件微型化，以致最終生產細胞大小的機器人，一直是工程師們追求的目標。微型機器人屬于典型的微機電系統，其發展依賴于微加工、微傳感、微驅動和微結構等方面。而致動器的定義，是指通過電、光信號，直接或間接控制機械結構，使之發生變形或移動等。一直以來，由于缺乏合適的微米級致動器系統，微型機器人技術的進一步發展受到限制。近日，美國賓夕法尼亞大學研究人員研發了一類新型電化學致動器，克服了這一瓶頸。這些致動器構成了機器人的腿，使得機器人尺寸小于0.1毫米，當受到激光刺激時，就會彎曲，產生行走動作。實驗中，研究團隊在一塊4 英寸的硅片上，制造了超過100萬個行走機器人。這些機器人由板載硅太陽能電池驅動。這也是迄今已知首批尺寸小于0.1毫米的機器人。

量子計算機首次成功模擬化學反應

谷歌公司研究人員首次借助量子計算機，成功模擬了一個化學反應！據研究人員解釋，由于原子和分子是受量子力學控制的系統，因此量子計算機有望成為精確模擬它們的最佳工具。量子計算機使用量子比特存儲信息并執行計算，但一直很難達到模擬大原子或化學反應所需的精度。在最新研究中，谷歌團隊使用該公司的Sycamore 處理器首次對一個化學反應進行了準確的量子模擬：他們模擬了由兩個氮原子和兩個氫原子組成二氮烯分子的異構化反應。這一量子模擬與研究人員在傳統計算機上進行的模擬吻合，證實了他們的研究。研究人員表示，盡管這一反應很簡單，但卻是量子計算機走向實用化的重要一步。未來有一日，科學家或許可借助量子模擬來研發新化學物質。

低成本太赫茲收發器有望用于6G通信

第五代移動通信技術（5G）之后是6G。從網絡性能指標看，6G 在傳輸速率、端到端時延、可靠性、連接數密度、頻譜效率、網絡能效等方面都將有極大的提升。因此，未來的無線網絡將由大量小型無線蜂窩組成，這些無線蜂窩距離短，能以最小能耗和低電磁輻射高速傳輸數據。而為形成強大而靈活的網絡，這些基站需要通過高速無線鏈路連接，這可以通過太赫茲載波來實現。然而，現有的太赫茲收發器做工復雜且昂貴，還存在帶寬瓶頸。有鑒于此，德國和美國科學家研制出了一種新的簡單且廉價的太赫茲信號收發器。利用這一新型收發器，研究人員在110米范圍內以0.3太赫茲的載波頻率實現了115吉比特/秒的傳輸速率，這是無線太赫茲傳輸在超過100米時所展示的最高數據速率。

俄“生物探測儀”可檢測空氣中新冠病毒

俄羅斯研究人員成功開發出一種“生物探測儀”，能檢測空氣中是否含有病毒，包括新冠病毒，并在俄羅斯舉辦的“軍隊-2020”論壇上進行了首次展示。“生物探測儀”的工作原理建立在實時聚合酶鏈反應和免疫熒光法兩種獨立的檢測方法之上。使用該儀器可以同時查明空氣中多達86 種病毒性和細菌性傳染病的病原體以及有毒物質，能夠實現病毒的完全自動化檢測。檢測時間在10分鐘至30分鐘之間，取決于空氣中病原體或其他要素的濃度。研究人員稱，“生物探測儀”既可以民用，也可以用于保障生物安全。既可用于保障集體場所大型活動安全，也可安裝在地鐵、機場、火車站和交通樞紐等場所。

神經元規模最大類腦計算機問世

如今計算機應用十分普遍，但很少有人知道，科學家們最初是想通過機器模擬出一個人類大腦。近日，浙江大學聯合之江實驗室共同研制成功了我國首臺基于自主知識產權類腦芯片的類腦計算機，其包含792顆浙江大學研制的達爾文2代類腦芯片，支持1.2億個脈沖神經元、720億個神經突觸，與小鼠大腦神經元數量規模相當，是目前國際上神經元規模最大的類腦計算機。為了使這么多神經元實現高效的聯動組合，同時將雜亂無章的信息流有序分配到對應的功能腦區，研究團隊研制了專門面向類腦計算機的操作系統——達爾文類腦操作系統（DarwinOS）。類腦計算機將優先應用于神經科學研究，為神經科學家提供更快、更大規模的仿真工具，提供探索大腦工作機理的新實驗手段。