據(jù)外媒報(bào)道，倫敦國(guó)王學(xué)院（King's College London，簡(jiǎn)稱(chēng)KCL）科學(xué)家受人類(lèi)眼睛啟發(fā)，研發(fā)出迄今靈敏度最高的傳感器之一，有望實(shí)現(xiàn)對(duì)100個(gè)以上懸浮微粒的追蹤。這種可懸浮數(shù)十個(gè)玻璃微粒的新型傳感器，或?qū)氐赘镄聜鞲屑夹g(shù)的精度與效率，為更先進(jìn)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)、導(dǎo)航系統(tǒng)乃至暗物質(zhì)探測(cè)奠定基礎(chǔ)。該項(xiàng)研究發(fā)表于期刊《自然—通訊》（Nature Communications）。

圖片來(lái)源：Nature Communications (2025)

懸浮傳感器通常通過(guò)隔離微小粒子，觀察并量化加速度等外力對(duì)其產(chǎn)生的影響。受干擾的粒子數(shù)量越多，與環(huán)境的隔離效果越好，傳感器的精度就越高。

以往設(shè)備只能在快速追蹤單個(gè)物體和慢速追蹤多個(gè)物體之間二選一，而倫敦國(guó)王學(xué)院的這款設(shè)計(jì)通過(guò)精準(zhǔn)追蹤和控制由多個(gè)傳感器組成的“粒子云”，打破了以往設(shè)備的固有局限。

倫敦國(guó)王學(xué)院物理學(xué)教授、國(guó)王量子研究中心（King's Quantum Research Center）主任James Millen表示：“傳感器雖常不為人所見(jiàn)，卻堪稱(chēng)現(xiàn)代科技與科學(xué)的核心。精度更高的傳感器意味著，自動(dòng)駕駛汽車(chē)能更精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)路徑規(guī)劃，它們可探測(cè)到加速度的微小變化，并提供不依賴(lài)不可靠衛(wèi)星連接的獨(dú)立導(dǎo)航系統(tǒng)。通過(guò)在真空中懸浮微粒，我們打造出了一款靈敏度極高的微型傳感器。我們運(yùn)用受大腦視覺(jué)解讀機(jī)制啟發(fā)的尖端技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感器運(yùn)動(dòng)的高速控制；再結(jié)合冷卻過(guò)程，便能利用量子力學(xué)特性進(jìn)一步提升傳感器靈敏度。這使我們有望在實(shí)驗(yàn)室中探測(cè)到引力波或暗物質(zhì)相關(guān)的極微弱作用力?！?/p>

該研究的核心是采用神經(jīng)形態(tài)（或稱(chēng)類(lèi)腦）事件攝像頭，檢測(cè)懸浮在電磁場(chǎng)中的微粒陣列運(yùn)動(dòng)。這種攝像頭僅捕捉微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡，而非拍攝視野內(nèi)所有物體的視頻幀，僅收集必要信息。研究人員再借助人工智能算法，既能單獨(dú)追蹤每個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)，也能將其作為整體“粒子云”進(jìn)行集體追蹤，從而掌握作用于它們的所有力，達(dá)到前所未有的精度水平。

這種方法產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量極少，使研究人員能夠生成實(shí)時(shí)反饋信號(hào)，控制陣列中每個(gè)粒子的運(yùn)動(dòng)。研究人員通過(guò)調(diào)控微粒運(yùn)動(dòng)，可降低其能量，實(shí)現(xiàn)有效冷卻并穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

由于這些設(shè)備的能耗極低，研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，未來(lái)有望大幅增加傳感器懸浮的粒子數(shù)量，并將該技術(shù)集成到芯片上。

倫敦國(guó)王學(xué)院前博士后研究員、該研究第一作者Yugang Ren博士表示：“得益于我們成像技術(shù)和追蹤算法的低能耗特性，未來(lái)5至10年內(nèi)有望實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)芯片級(jí)集成。這意味著，從環(huán)境監(jiān)測(cè)到消費(fèi)電子產(chǎn)品，各類(lèi)領(lǐng)域都能受益于更精準(zhǔn)的傳感技術(shù)——無(wú)論是有害氣體檢測(cè)，還是定位追蹤。未來(lái)，我們的技術(shù)有望將粒子冷卻至絕對(duì)零度以上千分之一度（量子物理允許的最低溫度），消除影響傳感器精度的熱噪聲和振動(dòng)。這將打造出一款精度和靈敏度遠(yuǎn)超現(xiàn)有傳統(tǒng)技術(shù)的量子傳感器?！?/p>