R&D百大技術(shù)獎(jiǎng)（R&D100 Awards）在過去 54 年都扮演了技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域“奧斯卡”獎(jiǎng)的角色，被視為技術(shù)研發(fā)先鋒們的無上榮耀。自 1962 年以來，每年評(píng)選100 項(xiàng)具有重大創(chuàng)新意義及對(duì)人類生活影響深遠(yuǎn)的商業(yè)化技術(shù)。
同時(shí)，每年舉辦的R&D百大技術(shù)峰會(huì)也是當(dāng)屆及往屆獲獎(jiǎng)?wù)叩拇缶蹠?huì)，為這些地球上最優(yōu)秀的大腦們提供了一個(gè)相互學(xué)習(xí)、交流、合作的平臺(tái)。
獎(jiǎng)項(xiàng)和峰會(huì)各環(huán)節(jié)都以務(wù)實(shí)為主，除了總結(jié)當(dāng)下以及預(yù)測未來技術(shù)發(fā)展的主旨演講外，還包括各種技術(shù)研討會(huì)、產(chǎn)業(yè)接洽活動(dòng)等。總體上說，R&D百大技術(shù)獎(jiǎng)涉及到各個(gè)科技領(lǐng)域的創(chuàng)新，為來自不同專業(yè)、不同背景的優(yōu)秀研發(fā)者們搭建起了屬于他們的舞臺(tái)。
MIT林肯實(shí)驗(yàn)室主任Eric Evans（左1）與獲獎(jiǎng)同事們合影
今年，麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室在空中交通安全、生物醫(yī)學(xué)設(shè)備和磁場檢測等領(lǐng)域獲得了全球百大科技研發(fā)獎(jiǎng)，總計(jì)收獲了六項(xiàng)技術(shù)大獎(jiǎng)，這六項(xiàng)技術(shù)由實(shí)驗(yàn)室研究人員獨(dú)立研發(fā)，或與合作機(jī)構(gòu)共同開發(fā)。
2010年以來，林肯實(shí)驗(yàn)室已收獲26項(xiàng)全球百大科技研發(fā)獎(jiǎng)，其中包括兩個(gè)編輯選擇獎(jiǎng)，以及年度百大科技研發(fā)獎(jiǎng)的三大頂尖技術(shù)。
更早前，MIT林肯實(shí)驗(yàn)室也曾獲得兩個(gè)全球百大科技研發(fā)獎(jiǎng)：1998年，與Cyra技術(shù)公司和洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開發(fā)的三維激光繪圖和成像系統(tǒng)；1995年，通過使用GPS確定飛機(jī)的位置的技術(shù)。
林肯實(shí)驗(yàn)室主任Eric Evans說：”今年的百大科技研發(fā)獎(jiǎng)再次充分肯定了林肯實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化能力，這離不開每個(gè)人的努力?！?br />
麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室
在本年度百大科技研發(fā)大獎(jiǎng)中，林肯實(shí)驗(yàn)室的其中三個(gè)獲獎(jiǎng)技術(shù)解決了空中交通安全的挑戰(zhàn)：
小型機(jī)場監(jiān)視傳感器：這是一種低成本二級(jí)監(jiān)視系統(tǒng)，可為機(jī)場塔臺(tái)控制器提供飛機(jī)在機(jī)場地面和附近空域的運(yùn)行狀況。
海上降水能力系統(tǒng)：該系統(tǒng)可以預(yù)測雷達(dá)覆蓋外的近海區(qū)域的風(fēng)暴狀況，為空中交通管制員提供天氣信息。
機(jī)載防撞系統(tǒng)：該系統(tǒng)通過處理多傳感器數(shù)據(jù)，能準(zhǔn)確檢測和跟蹤無人機(jī)附近的飛機(jī)。根據(jù)這些信息，空中交通管制員能夠很好地保證無人機(jī)和其他空中交通之間的安全隔離。
其中兩項(xiàng)獲獎(jiǎng)技術(shù)是醫(yī)療保健的創(chuàng)新技術(shù)：
EnteroPhone：這是一種無線、可吸收的裝置，可以從胃腸道內(nèi)監(jiān)測心率、呼吸頻率和核心溫度。
Laserscope：一個(gè)工具套件，可在脊柱腔內(nèi)提供手術(shù)導(dǎo)航和精確的激光瞄準(zhǔn)，從而可使用門診手術(shù)治療背痛，而不需要進(jìn)行開背手術(shù)。
第六項(xiàng)獲獎(jiǎng)技術(shù)擴(kuò)展了當(dāng)前磁力計(jì)的功能和效率：
寬頻磁強(qiáng)計(jì)和溫度傳感器：利用光捕獲金剛石波導(dǎo)，這個(gè)超靈敏的磁場探測器和溫度傳感器比舊式基于金剛石的磁力計(jì)的能量效率高1000倍。
這六項(xiàng)獲獎(jiǎng)技術(shù)都對(duì)問題提出了創(chuàng)新的解決方案，可能對(duì)當(dāng)前技術(shù)產(chǎn)生重大影響，或促進(jìn)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。以下是對(duì)這六項(xiàng)獲獎(jiǎng)科技的詳細(xì)介紹。
風(fēng)箏不再是無人機(jī)的敵人
無人機(jī)機(jī)載防撞系統(tǒng)（ACAS Xu）是一種用于無人飛行系統(tǒng)的自動(dòng)防撞裝置。該系統(tǒng)通過動(dòng)態(tài)規(guī)劃、自動(dòng)調(diào)諧和并行計(jì)算，使無人飛行器能夠檢測和跟蹤附近的飛機(jī)利用檢測和跟蹤信息。
ACAS Xu系統(tǒng)為地面操作員或自動(dòng)化車輛提供安全警報(bào)，幫助他們保持安全距離，防止無人駕駛飛行器之間以及人工駕駛和無人駕駛飛行器之間的空中碰撞。
該系統(tǒng)主要用于人工駕駛飛行器和無人駕駛飛行器之間的協(xié)調(diào)運(yùn)作和與防撞操作
ACAS Xu從機(jī)載監(jiān)測系統(tǒng)接收傳感器數(shù)據(jù)，并使用先進(jìn)的跟蹤算法來估計(jì)附近飛機(jī)的相對(duì)位置和速度。預(yù)測結(jié)果將用于威脅邏輯中，在必要時(shí)將提供指導(dǎo)，以避免潛在的空中碰撞。
總體而言，ACAS Xu的模塊化架構(gòu)有兩個(gè)主要組件：監(jiān)測跟蹤模塊（STM）和威脅解析模塊（TRM）。STM從多個(gè)傳感器（例如：GPS，應(yīng)答機(jī)和雷達(dá)系統(tǒng)）接收數(shù)據(jù)（位置，速度和高度等），以監(jiān)測和跟蹤附近的飛機(jī)。
然后，STM關(guān)聯(lián)來自每個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，并將最可靠的信息傳遞給TRM?？紤]到附近飛機(jī)的相對(duì)位置和速度，TRM的數(shù)字查找表會(huì)向無人機(jī)系統(tǒng)和地面操作員建議最佳操作。通常情況下，無人機(jī)和地面操作員不需要進(jìn)行任何操作，但是如果附近的飛機(jī)存在碰撞風(fēng)險(xiǎn)，TRM將選擇并發(fā)送最佳的決策，建議爬升，下降或轉(zhuǎn)彎以保持安全距離。
ACAS Xu開發(fā)團(tuán)隊(duì)的首席研究員Wes Olson說：“該系統(tǒng)為民用空域無人飛行器擴(kuò)展運(yùn)行的需求提供了有效的解決方案?！?br />
ACAS Xu已經(jīng)證明，該項(xiàng)技術(shù)比現(xiàn)有的基于轉(zhuǎn)發(fā)器的防撞系統(tǒng)安全性提高40％以上，此外，它還可以監(jiān)測沒有配備轉(zhuǎn)發(fā)器的飛機(jī)并避免與之發(fā)生碰撞。目前，還沒有其他決策系統(tǒng)能提供這種能力。
ACAS Xu由林肯實(shí)驗(yàn)室、聯(lián)邦航空局、約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室、斯坦福大學(xué)和MITER公司的代表組成的團(tuán)隊(duì)開發(fā)。
增強(qiáng)離岸天氣預(yù)測能力
由林肯實(shí)驗(yàn)室與聯(lián)邦航空管理局聯(lián)合開發(fā)的離岸降水能力系統(tǒng)（OPC）可為空中交通管制員提供天氣信息，該系統(tǒng)可以協(xié)助使他們?cè)诳赡馨l(fā)生冰雹、湍流、結(jié)冰或其他惡劣天氣的區(qū)域安全地改變航道。
OPC在近海地區(qū)生成“雷達(dá)式”描述的降水強(qiáng)度和風(fēng)暴高度，這些區(qū)域往往是天氣雷達(dá)不能完整覆蓋或不可用的。OPC利用監(jiān)督機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行高級(jí)分析，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)來融合多個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)集、創(chuàng)建類似雷達(dá)的代理、顯示沿海地區(qū)的天氣信息。
OPC通過融合來自非雷達(dá)數(shù)據(jù)源的信息創(chuàng)建天氣圖像，包括雷電檢測、地球同步衛(wèi)星的信息以及數(shù)字天氣預(yù)測模型的輸出。閃電是對(duì)流天氣的強(qiáng)烈指標(biāo)，也就是說，能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的上升氣流，可引起嚴(yán)重的湍流和其他安全危害，如嚴(yán)重的冰雹。
位于地球周圍的地球同步衛(wèi)星可提供地球大部分的可見和紅外圖像。數(shù)值天氣預(yù)測模型模擬許多氣象數(shù)據(jù)，包括環(huán)境溫度，壓力和濕度，以及其他相關(guān)參數(shù)，如雷達(dá)反射率，降雨率和對(duì)流云頂高度等。
將OPC數(shù)據(jù)融合的結(jié)果與雷達(dá)系統(tǒng)的輸出混合，可以得到無縫拼接的天氣系統(tǒng)，拓展到離岸和海洋地區(qū)。OPC應(yīng)用運(yùn)動(dòng)跟蹤算法來估計(jì)風(fēng)暴運(yùn)動(dòng)，使得從衛(wèi)星圖像和數(shù)值模型獲得的特征可以在空間上移動(dòng)，以持續(xù)更新天氣信息。
Mark Veillette開發(fā)團(tuán)隊(duì)主要研究員表示：“通過高分辨率輸入，例如可見的衛(wèi)星圖像和閃電密度，OPC能夠分析更高分辨率的風(fēng)暴特征，這是只依靠紅外衛(wèi)星或雷電數(shù)據(jù)的系統(tǒng)做不到的。與單輸入天氣分析系統(tǒng)相比，OPC框架可為用戶提供更準(zhǔn)確的天氣分析。”
低成本小型機(jī)場監(jiān)測雷達(dá)
小型機(jī)場監(jiān)視傳感器（SASS）是一種廉價(jià)的監(jiān)視系統(tǒng)，為機(jī)場塔臺(tái)控制器在所有可見度條件下（包括夜間和惡劣天氣）在機(jī)場表面和附近的空域提供機(jī)場情況感知。
SASS系統(tǒng)由一個(gè)主單元和兩個(gè)傳感器單元組成，其中傳感器單元位于最長跑道的端部附近，主單元位于機(jī)場控制塔中。傳感器單元監(jiān)聽來自附近飛行器的自發(fā)回復(fù)，飛行器配備有模式S信標(biāo)應(yīng)答器。至少一個(gè)傳感器還可以向不產(chǎn)生自發(fā)回復(fù)的飛行器發(fā)出詢問。傳感器使用新穎的八元件相控陣天線來進(jìn)行高精度方位測量，并使用GPS來精確記錄回復(fù)的到達(dá)時(shí)間。
附近飛機(jī)的回復(fù)傳遞給主單元，主單元計(jì)算出地面和空中目標(biāo)（例如車輛和飛機(jī)）的地理位置的。目標(biāo)位置被傳遞到融合跟蹤器，融合跟蹤器將地理位置數(shù)據(jù)與外部信息組合以產(chǎn)生軌跡（平滑預(yù)測的移動(dòng)路徑）。軌跡也可以輸入到安全邏輯，為塔式控制器和飛行員提供視覺和聽覺警報(bào)。
由于在機(jī)場地面上僅需要兩個(gè)傳感器，所以系統(tǒng)的購買、安裝和維護(hù)成本對(duì)于小型機(jī)場來說是可負(fù)擔(dān)的，這些機(jī)場通常缺乏雷達(dá)監(jiān)測設(shè)備，而是依賴塔臺(tái)控制器來掃描機(jī)場表面和附近空域。開發(fā)SASS的林肯實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)的技術(shù)主管Steven Campbell說：“SASS將提高美國數(shù)百個(gè)小型機(jī)場的安全性和效率”。
聆聽身體的重要信息
EnteroPhone是由林肯實(shí)驗(yàn)室和麻省理工學(xué)院研究人員開發(fā)的一種小型、無線、可吸收的設(shè)備。它通過聆聽身體的聲音來監(jiān)測心臟和呼吸頻率，并監(jiān)測核心溫度，所有監(jiān)測任務(wù)都在胃腸道內(nèi)進(jìn)行。
EnteroPhone可靠地監(jiān)測這些關(guān)鍵生命體征的能力使得醫(yī)生、物理治療師和運(yùn)動(dòng)訓(xùn)練者不再需要表面附著型傳感器或植入的內(nèi)部傳感器。身體佩戴的裝置可能加重?fù)p傷或引起皮膚刺激，例如在燒傷患者中，或在劇烈活動(dòng)期間，不舒適的感覺也會(huì)阻礙運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)。
此外，可穿戴傳感器不能收集核心體溫、臨界生理參數(shù)。由外部裝置收集的皮膚溫度無法很好地預(yù)測以內(nèi)核心溫度，特別是人正在發(fā)燒或進(jìn)行體育活動(dòng)時(shí)。內(nèi)置傳感器在手術(shù)切除之前一直保留在身體中，這使得醫(yī)生無法使用某些診斷程序，例如MRI，而EnteroPhone不會(huì)遇到這方面的問題。。
目前，其他生理傳感器每次只能完成一個(gè)測量，并且通常不是實(shí)時(shí)監(jiān)測身體的重要信息。EnteroPhone，只有維生素丸大小，通過使用單個(gè)壓電水聽器組件來聽取心臟和肺的聲音以確定呼吸和心率。
此外，還有一個(gè)用于測量真實(shí)身體核心溫度的熱敏電阻，一個(gè)加速度計(jì)和一個(gè)用于測量胃腸（GI）壓力的氣壓計(jì)——測壓法（目前用于評(píng)估沿著胃腸道的平滑肌的工作機(jī)理）。然后將這些測量值從身體內(nèi)部無線傳輸?shù)教幚砥?，該處理器將背景噪聲與GI道分離，得到患者的心臟和呼吸速率的可靠信息。EnteroPhone的傳輸范圍約為20英尺。
Enterophone項(xiàng)目首席研究員AlbertSwiston說，“Enterophone將推動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療；優(yōu)化性能監(jiān)測和運(yùn)動(dòng)員、軍事服務(wù)人員和急救人員的安全；并提供快速的臨床評(píng)估和分類的一種簡單的方法。”
革命性的背部手術(shù)
Laserscope由林肯實(shí)驗(yàn)室的工作人員與來自馬薩諸塞州總醫(yī)院的神經(jīng)外科醫(yī)生合作開發(fā)。這項(xiàng)技術(shù)將使外科醫(yī)生能夠通過在骶骨基部附近的自然存在的進(jìn)入端口在脊柱管內(nèi)進(jìn)行非常精確的內(nèi)窺鏡手術(shù)。
Laserscope主要用于治療腰椎管狹窄——這是背部和腿部疼痛的主要原因。通常而言，腰椎管狹窄是正常老化，嚴(yán)重創(chuàng)傷或反復(fù)脊柱創(chuàng)傷引起的。使用Laserscope，外科醫(yī)生將能夠在微創(chuàng)的門診手術(shù)中降低椎管壓力，為開背手術(shù)提供替代方案。
Laserscope能夠微創(chuàng)進(jìn)入椎管，具有視覺識(shí)別壓縮組織的能力，以及去除這種壓縮組織所需的激光能量。與椎管的形狀一致，Laserscope具有3mm直徑的彎曲，這允許外科醫(yī)生平穩(wěn)地拉起脊髓管，從而移動(dòng)到壓縮組織。
該器件結(jié)合了具有高級(jí)圖像處理的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）傳感器，以保證組織移除操作的高保真視頻可視化。Laserscope還設(shè)計(jì)有“花瓣”，當(dāng)在管內(nèi)擴(kuò)張時(shí)，外科醫(yī)生可清晰地看到目標(biāo)區(qū)域。
如果使用同心的鎳鈦諾管系統(tǒng)，Laserscope將允許外科醫(yī)生在視場內(nèi)的任何地方精確地操縱激光光纖，對(duì)壓縮組織的靶向消融，同時(shí)對(duì)周圍組織的損傷最小。
Laserscope公司首席研究員MattJohnson說：“對(duì)于50萬名患有腰椎管狹窄癥的美國人來說，Laserscope將能夠顯著降低手術(shù)成本、住院時(shí)間和疼痛康復(fù)?！?br />
超靈敏磁場檢測
林肯實(shí)驗(yàn)室和MIT的科學(xué)家開發(fā)了利用光捕獲金剛石波導(dǎo)的寬頻帶磁強(qiáng)計(jì)和溫度傳感，可以測量穿透宇宙的磁場的小變化。從金屬物體的永久偶極矩到在生物器官例如大腦或心臟中流動(dòng)的電流，甚至諸如太陽耀斑或海潮等自然現(xiàn)象，磁場的存在說明了對(duì)象本身的細(xì)節(jié)。
為了檢測磁場中的這些細(xì)微變化，該傳感器使用了氮空位（NV）中心量子系統(tǒng)，由金剛石的純碳晶格中的缺失原子和氮原子配對(duì)組成。每個(gè)NV中心具有磁矩，其與局部磁場的相互作用可以量化且與物理常數(shù)相關(guān)。
該傳感器通過用綠色激光激發(fā)和微波輻射探測，大量的 NV 集可增強(qiáng)外部磁場檢測效果，提高系統(tǒng)靈敏度。在金剛石表面添加棱鏡面用于激光激發(fā)，即可通過光捕獲金剛石波導(dǎo)。利用金剛石的高折射率，全內(nèi)反射可使光停留在金剛石里面，就像多模光纖一樣。捕獲激光誘發(fā)出NV中心集合，從而使得傳感器能量效率提高1000倍，并且在測量中具有更高的靈敏度。
“我們已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明，這個(gè)傳感器對(duì)磁場的超靈敏性，同時(shí)它為矢量磁強(qiáng)計(jì)帶來了量子穩(wěn)定性。一個(gè)比指甲小得多的金剛石芯片可以通過技術(shù)手段獲得數(shù)萬億個(gè)氮空位，每個(gè)氮空位都能通過金剛石矢量軸和量子穩(wěn)定性獨(dú)立執(zhí)行磁場測量。這種新型的磁力計(jì)可以在醫(yī)療和材料成像等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)微型化，檢測違禁品和研究地球磁場，”這項(xiàng)研究的首席科學(xué)家Danielle Braje說。
關(guān)于林肯實(shí)驗(yàn)室
這個(gè)實(shí)驗(yàn)室你可能沒有聽過，但這恐怕是麻省理工學(xué)院最神秘、最具創(chuàng)新能力的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室。比如，可以充分說明其重要性的是，林肯實(shí)驗(yàn)室是整個(gè)麻省理工學(xué)院的單一最大財(cái)政收入貢獻(xiàn)者，其研發(fā)收入占麻省理工學(xué)院所有財(cái)政收入的27％，高達(dá)8億多美金（如下，2014年的學(xué)校公開數(shù)據(jù)）。
這是一家對(duì)美國有著卓越貢獻(xiàn)的實(shí)驗(yàn)室，下面是林肯實(shí)驗(yàn)室在五十周年時(shí)的紀(jì)念視頻，視頻介紹了該實(shí)驗(yàn)室在彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)、相控陣?yán)走_(dá)，以及夜視技術(shù)方面非常早期的研究。大家可以見微知著一下：
麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室（MIT Lincoln Laboratory，或稱 Lincoln Lab）成立于1951年，是一個(gè)主要由美國國防部資助的研發(fā)實(shí)驗(yàn)室，由麻省理工學(xué)院管理。林肯實(shí)驗(yàn)室位于美國馬薩諸塞州漢斯科姆空軍基地。
1957年，該實(shí)驗(yàn)室建成全固態(tài)、可編程數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的雷達(dá)系統(tǒng) ( Millstone Hill radar )，實(shí)現(xiàn)了對(duì)空間目標(biāo)的實(shí)時(shí)跟蹤，既能跟蹤蘇聯(lián)衛(wèi)星的活動(dòng)，也能監(jiān)控卡那維拉爾角的火箭發(fā)射。后來，這發(fā)展成彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)略防御系統(tǒng)，其中關(guān)鍵性的技術(shù)是數(shù)字信號(hào)處理和模式識(shí)別。
在20世紀(jì)60年代初期，林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，導(dǎo)致8顆實(shí)驗(yàn)通信衛(wèi)星的發(fā)射；
在20世紀(jì)70年代初期，實(shí)驗(yàn)室開始研究民航交通管制，強(qiáng)調(diào)雷達(dá)監(jiān)控，進(jìn)行惡劣氣象的檢測，開發(fā)了航空器的自動(dòng)化控制裝置；
在20世紀(jì)80年代，實(shí)驗(yàn)室為克服大氣紊流的影響，開發(fā)了大功率激光雷達(dá)系統(tǒng)；
20世紀(jì)90年代，為NASA等開發(fā)了傳感器。林肯實(shí)驗(yàn)室則在開發(fā)陸地圖像處理設(shè)備；
為了支持龐大的創(chuàng)新研究，林肯實(shí)驗(yàn)室一直保持了在基礎(chǔ)研究上的領(lǐng)先地位，例如表面物理、固態(tài)物理以及有關(guān)材料的優(yōu)勢。它完成了開發(fā)半導(dǎo)體激光器的早期研究，設(shè)計(jì)了紅外激光雷達(dá)，并開發(fā)了高精度衛(wèi)星定位與跟蹤系統(tǒng)。
林肯實(shí)驗(yàn)室在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)字信號(hào)處理理論以及設(shè)計(jì)與建造高速數(shù)字信號(hào)處理計(jì)算機(jī)等方面做出很大的貢獻(xiàn)。信號(hào)處理畢竟是實(shí)驗(yàn)室許多項(xiàng)目的核心技
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