Ультразвук, не требующий прикосновения к пациентам. Веб-инструмент, который меняет график работы экипажа в ВВС. Криптографическое оборудование, защищающее конфиденциальные данные. И первая в мире практическая память для квантовых сетей.
Эти четыре технологии, разработанные в Лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института полностью или совместно с коллегами, получили в 2023 году награду R&D 100 Awards. Ультразвуковая технология также получила вторую награду в специальной категории, отмечающей продукты, революционизирующие рынок. Даровано Мир исследований и разработок журнала награды присуждаются 100 наиболее значимым инновациям, которые были использованы или стали доступны для продажи или лицензирования в прошлом году. Мировое соревнование оценивает группа экспертов в области науки и техники, а также профессионалов отрасли.
«Лаборатории Линкольна очень повезло получить 86 наград R&D 100 за последние 14 лет. Уровень перехода несекретных технологий у нас по-прежнему очень высок, и такой же высокий уровень перехода наблюдается и в наших секретных программах. Лаборатория действительно меняет мир благодаря успешному развитию и переходу технологий. Мы поздравляем всех участников», — говорит директор лаборатории Линкольна Эрик Эванс.
Медицинская визуализация с помощью бесконтактного ультразвука
Многие люди знакомы с процессом УЗИ: специалист по УЗИ прижимает датчик к коже пациента и перемещает его, собирая изображения тканей и органов. Несмотря на то, что ультразвук является хорошо зарекомендовавшей себя технологией, он страдает от вариативности сонографов, что затрудняет точное сравнение повторных измерений и ограничено необходимостью контакта с кожей. По этим причинам магнитно-резонансная томография и компьютерная томография, несмотря на их высокую стоимость и отсутствие портативности, по-прежнему являются преобладающими технологиями визуализации для отслеживания заболеваний.
Бесконтактный лазерный ультразвук (NCLUS) для медицинской визуализации преодолевает эти ограничения. Безопасная для кожи лазерная система получает ультразвуковые изображения, не касаясь пациента. Он использует импульсный лазер, излучающий оптическую энергию, которая при попадании на ткань преобразуется в ультразвуковые волны. Возвратные эхо-сигналы обнаруживаются лазерным доплеровским виброметром и обрабатываются для создания изображений. Лазерное позиционирование системы на теле может быть точно воспроизведено, что исключает изменчивость при повторных сканированиях. Эта повторяемость может позволить использовать ультразвук для отслеживания прогрессирования заболевания, например, изменения размера опухоли с течением времени.
Его бесконтактный дизайн также открывает совершенно новые возможности использования ультразвука: «NCLUS может отображать жертв ожогов или травм, пациентов с открытыми глубокими тканями непосредственно во время операции, недоношенных детей, нуждающихся в интенсивной медицинской помощи, пациентов с травмами шеи и позвоночника, а также заразных людей из расстояния противостояния», — говорит Роберт Хаупт, соавтор NCLUS.
Благодаря NCLUS медицинский персонал, не имеющий подготовки в области сонографии, сможет проводить ультразвуковую визуализацию за пределами больницы — в кабинете врача, дома или в отдаленных боевых условиях. Благодаря своему революционному потенциалу в индустрии медицинской визуализации, NCLUS также получила серебряную медаль R&D 100 в категории «Особое признание: продукция, разрушающая рынок», в дополнение к награде R&D 100.
Обе награды разделены с Центром ультразвуковых исследований и перевода больницы Массачусетса и компанией Sound & Bright LLC.
Оптимизатор для планирования экипажей
У ВВС США есть серьёзные потребности в планировании. Парк самолетов C-17, грузовых самолетов, которые перевозят войска и грузы по всему миру, в прошлом году налетал 4 миллиона часов. До недавнего времени летчикам ВВС, таким как пилоты и грузчики, приходилось составлять график работы экипажа каждого рейса вручную на доске.
Puckboard изменил ситуацию. Веб-приложение обеспечивает интеллектуальное планирование с учетом результатов обучения впервые с тех пор, как около 80 лет назад началось планирование военных полетов, и возвращает летчикам драгоценное время, чтобы они могли сосредоточиться на своих основных обязанностях.
Инструменты для совместной работы Puckboard предоставляют планировщикам рекомендации по заданиям, позволяя членам команды добровольно участвовать в мероприятиях, которые лучше всего подходят для их личной жизни. Помимо предоставления функции цифрового календаря, Puckboard применяет методы искусственного интеллекта, которые учитывают такие показатели, как прогресс обучения экипажа, распределение летных часов, предотвращение чрезмерной квалификации и нестабильность заданий, чтобы рекомендовать оптимальные графики. Сегодня Puckboard обслуживает 24 000 пользователей и запланировал более 315 000 мероприятий в 87 эскадрилиях.
«Влияние Puckboard является прямым отражением широты и глубины набора навыков и искренней страсти, которой обладают все участники. От конструкторов, инженеров-программистов и экспертов по алгоритмам до действующих эскадрилий и членов летных экипажей, вплоть до высшего руководства — каждый стремится повысить боеготовность ВВС США через призму улучшения качества жизни военнослужащих. наших летчиков», — говорит Майкл Снайдер, главный исследователь проекта. «Планирование — сложная тема, которая становится еще более сложной в условиях неопределенности, и эти усилия являются свидетельством способности решить любую проблему с помощью подходящей команды».
Эта награда за исследования и разработки 100 разделена с Массачусетским технологическим институтом, RevaComm, Департаментом ВВС – MIT AI Accelerator, 15-м крылом ВВС, 60-м крылом воздушной мобильности, 437-м крылом воздушной мобильности, штаб-квартирой командования воздушной мобильности, Исследовательской лабораторией ВВС, помощником министра авиации. Force (установки, окружающая среда и энергия) и Raytheon-BBN.
Устройство для защиты данных на беспилотных платформах
В вооруженных силах США растет использование беспилотных систем, чтобы свести к минимуму вред для людей-операторов. Поскольку эти системы часто передают конфиденциальные данные по воздуху, их радиокомпоненты должны быть сертифицированы Агентством национальной безопасности (АНБ). В течение многих лет этот процесс сертификации был непреодолимым препятствием для многих малых предприятий и потенциальных новаторов в области радиотехнологий и робототехники, от которых могли бы выиграть военные. Теперь такие разработчики могут использовать уже сертифицированное АНБ решение безопасности, разработанное Лабораторией Линкольна, которое готово к использованию и развертыванию для самых разных транспортных средств и миссий.
Конечный криптографический блок (ECU) модуля безопасности/кибер-модуля (SCM) представляет собой компактное устройство, обеспечивающее защиту тактических каналов передачи данных беспилотных систем. Модуль модернизирует безопасность, объединяя несколько технологий кибербезопасности, в первую очередь метод под названием «Тактическое управление ключами», который оперативно устанавливает секретные ключи для безопасной связи. Модуль является первым криптоустройством, предназначенным для широкого спектра беспилотных систем в рамках Объединенной коммуникационной архитектуры для беспилотных систем (JCAUS), недавней попытки Министерства обороны США по модульной организации радиоканалов беспилотных систем и обеспечения возможности повторного использования компонентов, сертифицированных АНБ, путем стандартизации. возможности и интерфейсы.
С момента поставки ВМС США заключили с Tomahawk Robotics полноценный производственный контракт на поставку ЭБУ SCM для использования в их роботах по обезвреживанию взрывоопасных предметов. «Несмотря на то, что SCM/ECU разработан в первую очередь для наземной робототехники ВМФ, его соответствие JCAUS гарантирует, что он хорошо подходит как для воздушных, так и для подводных транспортных средств», — говорит Бен Нахилл, главный исследователь программы.
Награда разделена с Тихоокеанским военно-морским центром информационной войны.
Масштабируемая фотонная память для квантовых сетей
При квантовой обработке информации память получает и хранит состояние квантового бита (кубита), подобно тому, как память обычной системы связи или компьютера получает и хранит информацию в виде двоичных состояний. Память позволяет надежно отправлять и получать информацию между отдельными системами, даже по каналам передачи с потерями. Квантовая память Лаборатории Линкольна является первой, которая объединила в одном модуле три возможности, необходимые для объединения в сеть отдельных квантовых систем: фотонный интерфейс, способ коррекции ошибок потерь и архитектуру, масштабируемую до десятков запоминающих устройств в одном модуле. . До сих пор системы квантовой памяти не обладали одной или несколькими из этих возможностей.
«Этот модуль устраняет многие препятствия на пути внедрения квантовой памяти в реальные условия и на испытательных стендах, а также для фактического использования ее для разработки новых передовых квантовых приложений, таких как распределенное зондирование и сетевая квантовая обработка», — говорит Бен Диксон, возглавляющий эту работу. .
Фотонный интерфейс позволяет передавать кубиты через частицы света (фотоны) между памятью и оптоволоконными сетями. Квантовая память лаборатории использует алмазные центры окраски кремниевых вакансий (SiV), которые представляют собой атомоподобные структуры, которыми можно эффективно манипулировать с помощью света даже на уровне одиночных фотонов. Эта технология SiV также может корректировать ошибки потери сигнала, возникающие из-за неэффективности сетевых каналов с потерями. Поскольку эта технология использует отдельные атомные центры окраски, она совместима с эффективными «провозглашенными» протоколами, где сигнал подтверждает успешную передачу фотона по сети и сохранение соответствующего кубита в памяти.
Модуль SiV также масштабируем. Ячейки памяти SiV интегрированы в изготовленную по индивидуальному заказу фотонную интегральную схему — технологию, которая позволяет отправлять и получать сигналы и масштабироваться до сотен параллельных каналов. Объединив этот подход к интеграции с уникальной архитектурой упаковки, исследователи лаборатории объединили восемь квантовых запоминающих устройств в один модуль. В этот единственный модуль можно интегрировать дополнительную память, которую можно объединить с дополнительными модулями для дальнейшего масштабирования.
Помимо этих технологий-победителей, пять других технологий лаборатории Линкольна были названы финалистами премии R&D 100. Торжественное чествование лауреатов премии 2023 года состоится 16 ноября в Сан-Диего, Калифорния.