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前瞻技術脈動：先進材料與技術（202412）

關鍵字：DFB-SA 晶片；尖峰神經網路(SNN)；可飽和吸收區(DFB-SA)；HEAP機器人；微型機器人；3D列印；溫度感測材料；
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科技產業資訊室 - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年5月17日
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圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202412）

 基於DFB-SA晶片的多突觸光子尖峰神經網絡 
與傳統的人工神經網路相比，尖峰神經網路(SNN)由於其時空編碼和事件驅動的特性，在生物學上更真實、更強大、功耗更低。近年來，光計算被廣泛認為是一種硬體加速平台，非線性計算提出了挑戰。Photonic SNN為高效能神經形態運算提供超快速且節能的平台。然而，SNN的強非線性以及硬體限制帶來的訓練困難，對高效的SNN演算法提出了迫切的需求。同時，演算法與硬體平台的協同運算成為新的挑戰。為了解決光神經網路的非線性運算挑戰，研究團隊自主研發了一種包含可飽和吸收區的分布式回饋雷射(DFB-SA)晶片作為光尖峰神經元，能夠成功模擬類神經元動力學，例如可興奮響應、閾值和積分行為。本研究實現了遠遠超出硬體整合規模限制的功能光子SNN，展示了硬體演算法協同計算的能力。該工作是推動整合光子SNN晶片實際應用的重要一步，為大規模光學SNN的 硬體實現奠定了重要基礎。
參考資料: Multi-synaptic photonic spiking neural networks based on a DFB-SA chip. TechXplore, 2023/11/24.

機器人挖土機在無人協助的情況下建造了一堵巨大的石牆
自動化建築過程可實現高效的現地資源利用，這有助於在偏遠地區進行建築，同時為現有的建築方法提供一種減碳替代方案。蘇黎世聯邦理工學院(ETH Zurich)研究團隊發表於《Science Robotics》期刊的研究成果顯示，該團隊開發的一台名為HEAP的機器人挖土機可在無人協助的情況下，以當地取得的巨石自主建造一道長65公尺、高6公尺的乾砌石牆。HEAP是經過修改的12噸Menzi Muck M545挖土機，它可以掃描施工現場、創建3D地圖，並使用機器視覺技術估算每個巨石的重量和重心。HEAP控制模組中的演算法決定每個巨石的最佳位置，使其每次施工期間可精確堆疊約20到30塊巨石。該研究旨在利用當地現有材料，減少運輸和能源消耗。該研究是由European Space Agency和Swiss National Science Foundation資助。
參考資料: Robotic excavator builds a giant stone wall with no human assistance. New Atlas, 2023/11/22.

醫療奈米機器可透過釋放分子進入血液來進行通訊
Haitham Al Hassanieh等人組成的洛桑聯邦理工學院(EPFL)研究團隊發表於ACM SIGCOMM 2023的研究成果指出，植入物和微型機器可透過向患者的血液中釋放分子來進行通訊。該系統的基本概念是，機器可將分子的存在解釋為1，而未檢測到分子則表示為0。研究團隊借鑒電子網路中的技術，如封包檢測、通道估測及編解碼方案，應用於分子網路中，克服通道不穩定及缺乏同步和反饋等問題。研究團隊在實驗室中的人工循環系統中進行測試，實驗結果顯示該系統最多能讓四個裝置同時發送分子訊號，效果優於現有技術。
參考資料: Medical nanobots could communicate by releasing molecules into bloodstream. New Atlas, 2023/11/26.

研究人員設計了一種可以根據溫度執行不同任務的材料
伊利諾大學香檳分校的研究團隊運用電腦演算法，以兩種不同的聚合物進行3D列印，成功開發了一種能依溫度變化伸縮，執行特定任務的複合材料，並由電腦演算法幫助研究團隊確認兩種不同聚合物的最佳比例。這種材料可以在低溫下表現出像軟橡膠一樣的特性，在高溫下則表現得像堅硬塑料，對溫度變化反應非常靈敏，因此可應用在開啟LED燈，或是做為智慧型溫度感測的材料，研究成果發表在《Science Advances》期刊上。(1205字；圖1)
參考資料: Researchers engineer a material that can perform different tasks depending on temperature. TechXplore, 2023/11/28.


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