本期前沿洞察繼續帶來這些前沿技術：裝上人工皮膚後有感應、會擁抱的機器人；使盲人有視覺感知的腦部植入芯片；除水蒸氣外，汙染物零排放的水泥綠色生產工藝......
一起來了解一下吧：
裝上人工皮膚後可感知、會擁抱的機器人
慕尼黑工業大學研究人員研製出一種全身佈滿“皮膚”的機器人，型號為H-1。
H-1機器人的上身、手臂、腿部甚至腳底都裝有1260個“細胞”（超過13000個傳感器）。這給它一種新的“身體感覺”。這種“皮膚”實際上是一種直徑約為2.5釐米的傳感器。慕尼黑工業大學的一個研究小組開發了一種將傳感器和控制算法相結合的系統，並以此創造了擁有人工皮膚的仿真機器人。
仿真機器人的“皮膚”由多個六角形“細胞”組成，每個“細胞”的大小跟一枚硬幣相當，每個“細胞”都配備了微處理器和傳感器，以檢測接觸、加速度、接近度和溫度。這種人造皮膚使機器人能夠更細緻、更敏
感地感知周圍環境。這不僅有助於他們能安全移動，也使他們在人類附近活動時對人類更安全，使他們能夠預測和積極避免事故。
該款機器人可以感知觸覺，甚至可以給人擁抱。擁抱時，人的身體和機器人的身體在許多不同的地方接觸。機器人必須利用這些複雜的信息來計算正確的運動，並施加正確的接觸壓力，而不至於出力太重，把人夾扁。如果將這款機器人應用於護理領域，那麼這項感應功能就非常重要了。
目前研究團隊還正在測試機器人的人工皮膚反饋系統。
使盲人有視覺感知的腦部植入芯片
UCLA Health的研究人員研發出一種植入盲人大腦的實驗裝置Orion，它可以使盲人恢復部分視覺感知。該設備適用於非先天，因為受傷或疾病而失去視力的人。雖然目前它還不能提供正常的視覺感知，但可以恢復用戶區分明暗的能力，從而加強獨立生活能力。
UCLA Health的神經外科學家Nader Pouratia博士表示，這是第一次研發出完全可植入的設備，患者在家中就可以自行使用。Orion已經成功的幫助了實驗者識別物體的位置，患者可以獨立過馬路，甚至自己洗衣服。這對全球3900萬失去視覺的病患來說是重大的突破。
Orion可以安裝在太陽鏡設備上，微型攝像機捕獲的圖像會無線轉換為一系列電脈衝。脈衝刺激一組60個植入大腦視覺皮層頂部的電極，而這些電極感知光的模式並將其解釋為視覺呈現。Orion直接刺激視覺皮層，因此可以幫助視網膜和視神經受損的人。
接受實驗的患者反饋：“連上設備後，有人走向我時，我會看到兩三個小點。當物體靠近我時，越來越多的白點被點亮。”
希望這個裝置可以立刻不斷成熟以被更多患者使用。
除水蒸氣外，汙染物零排放的水泥綠色生產工藝
水泥，是全球範圍內被大規模使用的建築材料，還是溫室氣體排放的主要來源，約佔全球二氧化碳（CO2）總排放量的 8%。目前，世界上許多國家都對主要溫室氣體——二氧化碳的排放量提出了削減的目標，力求能在未來防止全球性溫室效應。國際能源署預測，到 2050 年，水泥產量將增長 12%~23%，這需要通過一系列行動來削減排放。
近日，麻省理工學院的科學家們提出了一種新的水泥製造方法，該方法基本上可以完全消除水泥製備過程中產生的溫室氣體排放物，甚至還可以順帶製造出一些其他有用的“副產品”。麻省理工學院的材料科學與工程學院教授 Yet-Ming Chiang 與博士後 Leah Ellis、研究生 Andres Badel 等人共同完成了這項研究，該成果發表在最近的 PNAS 期刊上。
圖 | 低排放電化學制備水泥方案——為了演示新工藝中使用的基本化學反應，電解在中性水中進行；染料顯示了在正極和負極如何產生酸（粉紅色）和鹼（紫色）；使用此方法將碳酸鈣 CaCO3 轉換為氫氧化鈣 Ca(OH)2 ，然後將其用於製備水泥，過程中不會產生任何溫室氣體（來源：MIT，Felice Frankel)
波特蘭水泥是目前使用最為廣泛的品種，它是將石灰岩磨碎，然後在高溫下與沙子和粘土一起混合而成，而加熱是需要燃燒煤炭的。該過程以兩種不同的方式產生二氧化碳——煤炭燃燒，以及加熱過程中石灰岩釋放。
首先，新方法使用由清潔、可再生資源產生的電能來取代加熱過程中使用的化石燃料；此外，新工藝所生產的水泥品種仍然是最常見的波特蘭水泥。
圖 | 低排放電化學制備的水泥廠方案：由可再生電力驅動的電化學脫碳反應器將 CaCO3 轉化為 Ca(OH)2 ，用於水泥的合成（來源：Yet-Ming Chiang，MIT）
新工藝以使用電解器為技術核心，這是人們在中學化學課上就學到過的知識。在使用過程中，電池將一個小水池中的兩個電極連接在一起，從一個電極產生氧氣（O2）氣泡， 當電流將水分子分解成它們的組成原子時，氫原子彼此之間形成氫氣（H2）。重要的是，電解槽的放氧電極產生酸，而放氫的電極產生鹼。
圖 | 基於電解池的脫碳示意圖：反應 1 和 2 分別是在接近中性 pH 值的環境下析氧和析氫半電池反應；反應 3 是由其組成離子形成水；反應 4 和 5 代表碳酸鈣的分解和 CO2 的釋放（來源：Yet-Ming Chiang，MIT）
在新工藝中，粉末狀的石灰岩—— CaCO3 溶解在產生酸的電極附近，並釋放出高純度的二氧化碳；而氫氧化鈣（ Ca(OH)2，通常稱為石灰）在另一個電極附近以固體形式析出。然後，研究人員可以在另一個步驟中處理氫氧化鈣以便生產水泥，這種水泥的主要成分是硅酸鈣。
研究團隊有信心地表示其將完全消除或者大幅度減少這兩種二氧化碳的來源。儘管目前他們已經在實驗室中演示出了基本的電化學制備過程，但從產業化角度來說，該過程仍需要更多的工作才能擴大至工業規模。
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