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前瞻技術脈動：先進材料與技術（202402）

關鍵字：凱勒繞射幾何理論(GTD)；隔牆成像；藥物輸送；瀝青；黏合劑；AirDuo；減低碳排；稀土元素；釹(neodymium)；鏑(dysprosium)；細菌蛋白質；
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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1月26日
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圖、前瞻技術脈動：先進材料與技術（202402）

新方法幫助WiFi讀穿牆壁
加州大學聖塔芭芭拉分校的研究人員提出了一種新的基礎，可以僅通過WiFi信號對靜止物體進行高質量成像。他們的方法使用繞射幾何理論和相應的凱勒錐體(Keller cones)來追踪物體的邊緣。

該技術還首次實現了通過WiFi隔牆成像（閱讀）英文字母，由於字母的複雜細節。團隊提出了一種基於凱勒錐體的內核投影成像。該內核隱含著邊緣方向函數，然後利用這種關係如果確定存在邊緣，則為他們對成像感興趣的給定點選擇與所得的基於凱勒錐體的簽名最匹配的邊緣方向。

在該團隊的實驗中，三個現成的WiFi發射器在該區域發送無線電波。然後WiFi接收器安裝在無人駕駛車輛上，在移動時模擬WiFi接收器網格。接收器測量接收到的信號功率，然後根據所提出的方法將其用於成像。小組展示如何成功地對幾個字母形狀的物體進行成像，使WiFi能夠透過牆壁進行成像和讀取，表明他們可以捕獲以前通過WiFi無法捕獲的細節。
參考資料：New method helps WiFi read through walls. TechXplore, 2023/09/11.

研究人員開發出可適應極端高溫和低溫的聚合物
FAMU-FSU 工程學院研究人員開發了兩種密切相關的聚合物，儘管設計相似，但對高溫和低溫閾值的響應不同。該聚合物對可用於醫藥、蛋白質合成、防護塗層等領域。這兩種聚合物是由亞碸製成的，亞碸是一種由硫、氧和碳分子組成的化合物。其中一個版本額外包含一對被稱為二甲基的氫原子，這種微小的結構變化足使每種聚合物對溫度變化做出不同的反應。

研究人員的一種聚合物在低溫下可溶於水，但在較高溫度下則變得不溶。另一個版本則顯示相反行為，在較低溫度下不溶，但溫度升至臨界點以上時會溶解。隨著這種新型溫控聚合物的開發，研究小組還發現不同分子的正電荷和負電荷極之間的吸引力也預測了聚合物在水中混合的溫度，實驗證明這種相互作用是熱行為的驅動力。大多數解決方案超過溫度閾值時會經歷單相變化，但該團隊聚合物會經歷兩個階段的相變，這可能在醫學領域有潛在新應用，例如單個藥物膠囊可以在患者胃部的熱量下分兩個階段溶解，實現精確藥物輸送。
參考資料：Researchers develop polymer that can be adapted to high and low temperature extremes. phys.org, 2023/09/07.

新型的瀝青黏合劑替代品比傳統的混合物更環保，毒性更低
傳統的瀝青路面在使用過程中會釋放有害氣體，亞利桑那州立大學的研究團隊開發了一種名為AirDuo的新型瀝青黏合劑，不僅可以減少瀝青表面的有害氣體排放，還增加了環境永續性。這種瀝青黏著劑可減少工作人員對有害氣體的暴露，改善了工作環境和健康。

研究顯示，使用AirDuo可以減少近70%的有害氣體排放，並且氣味明顯較小。該技術使用低碳生物基材作為原料，有助於減低碳排，該技術已在亞利桑那州立大學進行了試驗並取得成功。這種黏合劑的開發可望在未來的路面工程中得到廣泛應用，該研究已發表於《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》期刊中。
參考資料：New asphalt binder alternative is less toxic, more sustainable than conventional blend. TechXplore, 2023/09/22

運用蛋白質開採並分類、回收稀土的綠色科技
不論是智慧手機或是各種現代科技產品，稀土元素如釹(neodymium)和鏑(dysprosium)，都是重要成分。雖然它們很難從地殼中提取並分離出來，但稀土元素含量實際上相對豐富，只是它們以低濃度分散在地球上。

賓州州立大學的科學家發現了一種新機制，利用細菌蛋白質與自身的另一個單元結合或「二聚化」(dimerize)的能力，細菌透過這種機制在稀土元素中進行選擇。科學家利用生物學方法來回收和分離稀土，就可以降低開採的依賴，為科技產業帶來更高效​​、更環保的採礦和回收作法。（1263字；圖1）
參考資料：A protein mines and sorts rare earths, paving way for green tech. NSF, 2023/07/06


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