博士生Peter Ricci（左）和教授Otto Gregory在Gregory在URI的薄膜传感器实验室中测试数字狗鼻传感器平台。在桌子上的两个蓝色设备是两个最新的数字狗鼻版本。（图片来源：Otto Gregory）
我们经常被提醒，面对来自自然和想要伤害我们的人的威胁，我们的健康和安全是多么容易受到攻击。
由罗德岛大学工程学院的教授Otto Gregory和化学工程博士生Peter Ricci研发的新型传感器功能强大，它们可以检测分子水平上的威胁，无论是易爆物、致命病毒颗粒或是入境非法药物。
“这是一项能挽救生命的技术。”Gregory说，“我们能在千万亿分之一水平上进行检测。这就是对单个分子的检测。”
广泛的应用
因为Gregory的传感器很小且功能强大，它的应用范围很广。
Gregory说：“平台建设十分广泛，所以你能把它用于各种不同场合，许多不同用户。”
虽然他的研究大部分由国土安全部资助，但许多其他的政府部门也开始注意到Gregory的传感器。
国防部可能对把它用于监控士兵身上的伤口和检测路边简易爆炸装置感兴趣。
如果一名士兵或急救人员因弹片造成开放性伤口，Gregory的传感器能帮助检测伤口是否被感染。
“人体为伤口产生的过氧化氢可以表明抗生素对抗伤口的效果有多好或多坏，”Ricci说，“我们的传感器能被用作穿戴设备，在十亿分之一的水平上检测来自伤口的过氧化物。”
在迈阿密热火队的篮球比赛上，警犬被用于识别人类皮肤毛孔上散发出的COVID-19痕迹。在《自然》（Nature）杂志上发表的文章中，Gregory表示他的传感器也能被用于同样的目的。
“警犬能从皮肤检测痕迹，我们的传感器能从人们呼吸中的生物标记上检测。”来自西沃里克的Ricci说。
海岸警卫队也对这项技术感兴趣，它能被用于“嗅出”船上走私进入美国的非法毒品。
警犬和安全检查 （图片来源：维基百科）
缩小“数字狗鼻”
“所有典型的能被狗嗅到的味道，我们也可以检测到.”Gregory说，“这就是为什么我们叫它数字狗鼻的原因。”
数字狗鼻曾在2019年11月的CBS今晨节目（This Morning）中展出，但是曾经工具箱大小的传感器已经被缩小到了香烟盒的四分之一。“通过减少传感器的热质量，我们减少了运行传感器需要的能量。”Gregory说，“我们以数量级为克的热质量开始，现在我们的传感器的热质量是微克量级的。”
使设备变得像Gregory的那样尺寸小又功能强大的关键之一是找到合适的电池。
“我们和一家位于科罗拉多，名叫ITN Energy Systems的公司合作，该公司专门制造小尺寸、小重量电池，” Gregory说，“他们制造厚度不超过一张纸的锂电池。研发过程包括了找到合适的合作者，帮助我们优化催化剂和改善传感器平台。”
通过测试
在2021年3月，海军研究实验室携其移动测试装置来到URI的W. Alton Jones校区，对Gregory的传感器等设备进行了测试。
“他们用蒸汽测试床在室外建了一个测试场地。”Ricci说，“他们能选择爆炸物分子并把它传送到传感器系统。他们知道物质浓度，想看看我们的传感器如何反应。其中一项测试是千万亿分之一水平。”
保持领先
随着坏人开发出新的炸药或在现有炸药上即兴发挥的新方法，好人一直试图领先一步。
“国土安全部要求我们足够灵活，能预知和适应可能在未来几年出现的突发威胁。”Gregory说，“我们能根据现有威胁的特定分子调整催化剂。这就是我们对生物标志物、毒品所做的事情。这个平台的好处就是它足够灵活。”
研发长路
Gregory和Ricci研发的传感器经过长期的测试和改进。这位教授的研究最初在20年前由国防高级研究计划局（DARPA）资助，这是一个美国国防部的研发机构，负责开发用于军事的新兴科技。
在DARPA资助该项目两年后，陆军又为其提供了一年资助。之后该项目一直由国土安全部提供资金。
“在当时，这项研究很新并非常不同。”Gregory说，“DARPA为高风险、高回报项目提供资金。我们证明了当时他们对我们的理念进行的赌博得到了回报。”
东北大学（Northeastern University）的Robert D. Black杰出工程学教授Michael Silevitch与Gregory在此项目上合作已经超过10年了。
“这是一项突破性的技术。”Silevitch说，“Otto在化学检测器上的工作已经发展到可以在许多应用中使用的程度，应用包括在无人机平台上部署传感器，以帮助保护学校、购物中心或宗教场所等软目标。”
迈向新章
现在传感器变得小而轻，它们能被安装在无人机上，用于更多新用途。
“我们正与无人机公司讨论在无人机上使用我们的传感器。”Gregory说，“无人机需要小巧的便携式电源，你还需要接进它们的无线交流系统。这相比陆军为检测路边简易爆炸装置使用的机械臂是一种非常不同的工程环境。”
Gregory和Ricci也在研究传感器阵列，以区分不同的爆炸物和威胁。
“我们需要一系列的传感器，用于在其他爆炸物或化学前体存在时检测一种特定的爆炸物。”Ricci说，“如果存在三团不同的爆炸物，我们需要从中分辨每一种。”
准备使用
既然传感器已经被验证有效，它在现实中投入使用只是资金问题了。
“我们的传感器还不是现成的商业产品，但是我们有潜在的合作者。”Gregory说，“我们只需要一位顾客站出来说，这是一千个传感器的订单，你能送货吗？”
配有传感器的无人机 （图片来源于视频）
作者：Neil Nachbar
翻译：王嘉钰
审校：汪茹
引进来源：罗德岛大学
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