美國 Fermilab 的研究人員最近將 Mu2e 的最後一個子探測器移入實驗廳，這標誌著該合作項目向前邁出了重要一步。Mu2e，即 μ 子轉電子實驗，是一項在美國 Fermilab 進行的粒子物理實驗。當這項實驗完成後，Mu2e 將尋找一種罕見的 μ 子轉換，該轉換可能揭示超越標準模型的物理證據。

在 11 月，這項由美國能源部費米國家加速器實驗室主辦的 Mu2e 實驗達成了一個重要里程碑，合作團隊將一個關鍵組件——跟踪器，從 Fermilab 校園移進 Mu2e 廳。Mu2e 的聯合發言人 Bob Bernstein 表示，這是 Mu2e 的一個重大時刻。我們很快就能開始觀察從宇宙射線穿過所有探測器所產生的第一條粒子軌跡。

研究人員指出，儘管粒子物理的標準模型是科學家對宇宙運作的最佳解釋，但它未能解釋暗物質和暗能量等現象。因此，科學家們正在尋找新物理學的證據。Mu2e 將尋找 μ 子直接轉換為電子的過程，而不產生中微子。根據新聞稿，科學家們已知這種假設的 μ 子轉電子轉換將極其罕見，發生的頻率低於每 1 兆次 μ 子衰變一次。

μ 子是一種與電子同屬一個家族的亞原子粒子：帶電輕子。標準模型規定，當 μ 子衰變成電子時，還會產生兩個中微子。但物理學家相信，帶電輕子之間可能會直接轉換。Mu2e 的跟踪器項目經理 Brendan Kiburg 表示，強度前沿實驗的一個關鍵是設計一個能夠快速觀察過程的實驗，然後重複這個過程數十億甚至數兆次。

為了處理如此多的 μ 子，Mu2e 採用了獨特的曲線設計。該實驗由三個磁鐵組成。第一個磁鐵被稱為生產螺線管，這裡是 μ 子產生的地方。隨後的運輸螺線管將這些 μ 子送入探測螺線管，該螺線管將安放 Mu2e 的子探測器。μ 子在這裡會遇到一個鋁目標，在目標中被停止、捕獲，並可能經歷這一假設的 μ 子轉電子轉換。

根據發布的信息，所產生的次級粒子將首先遇到稱為跟踪器的第一個子探測器。Kiburg 表示，Mu2e 的跟踪器設計相當有趣，因為我們希望跟踪器內部沒有任何質量，以避免干擾我們試圖檢測的粒子。這一設計還能幫助實驗過濾掉不在正確能量範圍內的粒子。

研究人員強調，當電子進入探測螺線管時，磁場將迫使粒子螺旋運動。如果電子的動量過低，螺旋會過緊，這樣它將無法接觸到跟踪器，子探測器也將無法與其互動。但動量較高的粒子更有可能在所需能量範圍內，並能螺旋進入探測器的核心，從而產生信號。Mu2e 的聯合發言人 Stefano Miscetti 表示，得益於這一精密的檢測系統，我們可以精確重建候選粒子的動量。因此，如果我們說此次事件是僅僅一個電子，那麼就毫無疑問我們觀察到的就是一個電子。

現在，跟踪器已經與 Mu2e 廳中的能量計和宇宙射線排除器結合，實驗可以開始將這三個子探測器整合到一起，並透過 Mu2e 的數據採集系統進行讀取。

中國研究人員最近透露了一個武器概念的進展，該概念旨在將超音速性能壓縮到足夠小的形式，以便可以通過傳統火炮發射。這個團隊正在開發一種超小型智能超音速滑翔導彈，能夠從 80 毫米的防空炮發射。如果投入使用，這個系統將模糊傳統炮火與導彈空中防禦之間的界限。

根據研究，這種彈丸在炮管中發射的速度接近馬赫 6，這一速度遠遠超過傳統的防空炮彈。這也讓該武器具備更長的射程。模擬結果顯示，它可以在超過 20 公里（約 12 英里）的距離上對戰鬥機或無人機開火。飛行高度約 10,000 米（約 32,800 英尺）的目標同樣在射程之內。這一概念依賴於速度、規模和成本，彈丸的小型化和超音速飛行特徵顯著減少了敵方飛機的警告時間。

這樣的反應窗口壓縮可能會改變空戰的動態。根據《南華早報》報導，導彈的設計者指出，防空飛機的探測將會非常晚。在如此極端的速度下，機上警告系統可能僅在彈丸距離約 2 英里時才會發現，這樣的距離僅留幾秒鐘的反應時間。即使在那個時候，導彈的速度仍然約為馬赫 3.6。電腦模擬顯示，該導彈能夠進行激進的適應。如果目標進行近 90 度的轉向，導彈仍然能夠修正其軌跡。模型顯示其擊殺概率達到 99%。

此外，射速也增加了威脅。一個標準的防空炮大約每秒能發射一次，這使得可以多次發射而不需依賴昂貴的攔截導彈。研究人員指出，這種彈丸的低成本和高可用性可能對中短程空中防禦系統構成挑戰。

然而，超音速的極高速度也帶來了控制挑戰。在急劇變向時，超音速彈丸會面臨強烈的空氣動力學力量。傳統的導引方法在這種情況下可能會失效，增加失誤的風險。為了克服這一挑戰，王旭剛的團隊設計了一種雙級導引架構。第一級負責中程飛行，規劃一條高效的軌跡以保持速度和能量。第二級則控制終端階段，專注於在撞擊前的最後幾秒進行精細調整。

研究人員運用了多目標優化的數學方法，平衡速度保持與平滑操控。這一方法減少了對彈丸的壓力，同時保持了準確性。在終端階段，導彈切換至一種先進的滑模變結構導引法，這一方法使彈丸能夠預測目標運動並密切跟踪即便是極其靈活的飛機。

研究人員認為，這項技術可以重塑未來的空中戰爭。他們表示，超音速導引彈丸代表了新一代的精確打擊武器，具備快速打擊、精確導引和高致命性的優勢，正在深刻改變傳統火力的戰鬥模型，並在未來空中戰爭中擁有廣泛的應用前景。這些研究成果已於上個月發表在《海軍航空大學學報》的同行評審論文中。

儘管該系統仍處於模擬階段，但這項工作凸顯了中國對可擴展部署的緊湊型超音速武器日益增長的興趣。如果證明可行，這類系統可能會使空中行動變得更加複雜，並迫使飛機防禦策略進行調整。

製造商通常依賴碳化鎢–鈷合金來生產必須承受極端磨損的工具。然而，塑造這種材料仍然是工業製造中最棘手的挑戰之一。傳統方法會浪費昂貴的原材料，並限制設計的靈活性。近期的研究指出了一種更精確的前進之路。一個來自日本的研究團隊已經證明，增材製造可以製造工業級的WC–Co 碳化合金，同時保持硬度和結構完整性。這種方法利用熱絲激光照射，僅在需要的地方沉積材料，從而減少浪費並降低生產成本。

碳化合金在切削工具、模具和建築設備中發揮著基礎性作用。其優異性能來源於極高的硬度和耐磨性。然而，製造商通常使用粉末冶金來生產這些材料。這一過程需要高壓、高溫和廣泛的燒結。雖然有效，但該方法消耗了大量的碳化鎢和鈷，而這兩種材料的成本都非常高。研究人員發現，傳統加工的產量損失依然顯著，尤其是在複雜幾何形狀的情況下，修改設計的過程也顯得緩慢和低效。

研究人員尋求一種替代方案，可以精確地將材料放置在性能需求的地方。增材製造提供了這種控制，但同時也引入了新的風險。過多的熱量可能會降解碳化鎢並削弱最終結構。碳化合金是用於切削工具邊緣等應用的極硬材料，但它們是由非常昂貴的原材料如碳化鎢和鈷製成的，因此減少材料的使用顯得尤為重要。研究的對應作者丸本圭太表示，通過增材製造，碳化合金可以僅在需要的地方沉積，從而減少材料消耗。

團隊專注於熱絲激光照射，一種將激光束與預熱填充絲結合的過程。這種設置提高了沉積效率，並改善了製造過程中的熱控制。研究人員測試了兩種沉積策略。一種方法是使碳化合金棒在激光前進行沉積，另一種則允許激光領先，同時照射棒與鐵基之間的間隙。在這兩種情況下，該過程都避免了完全熔化，而是軟化了材料以促進粘合。這一方法減少了熱損傷，並有助於保持微觀結構。

實驗結果顯示，生產的碳化合金硬度超過 1,400 HV，這一水平使得該材料成為工業界最硬的材料之一。在優化條件下，團隊觀察到沒有重大缺陷或分解的情況出現。然而，仍然出現了一些挑戰。例如，棒領先方法在頂層附近導致碳化鎢分解，而激光領先方法則難以保持均勻的硬度。研究人員通過添加鎳合金中間層並緊密控制溫度來解決這些問題。

這種通過軟化金屬材料而非完全熔化來形成金屬材料的方式是新穎的，並且不僅可以應用於本研究的碳化合金，還可以擴展到其他材料。研究人員目前的目標是減少裂紋並擴大形狀的複雜性。未來的工作將針對切削工具、替代材料系統和提高工業使用的耐久性。該研究已於 2025 年 12 月在線發佈，將於 2026 年 4 月的《國際耐火金屬及硬材料期刊》印刷版中刊登。

經過人工合成的腐植物質改良的生物炭，可以顯著增強陽光驅動的化學反應，為利用太陽能應對環境污染提供了一種新方法。研究人員發現，通過精確調整生物炭的化學成分，使其能夠主動驅動影響金屬循環和污染物行為的還原反應。這一策略主要是將生物炭與人工合成的腐植物質結合，這些材料通常是在自然環境中通過有機物質的分解緩慢形成的。通過在實驗室內重建並加速這一過程，研究團隊製造了對陽光反應強烈且電子轉移效率遠超常規生物炭的混合材料。

這些人工合成的腐植物質是由松木木屑通過受控的水熱過程製成的。研究人員通過調整處理溫度，能夠精細調整所得到材料的分子結構，直接影響其在光照下的行為。較高的處理溫度生成的材料具有更強的電子供給特性，這是提升其性能的關鍵因素。生物炭在土壤改良和污染控制中廣泛應用，但其光化學行為仍然不甚了解。相比之下，自然腐植物質在環境氧化還原反應中扮演重要角色，但由於其複雜的組成和緩慢的形成過程，使得研究變得困難。

這一新方法填補了這一空白，通過創建模擬和增強自然過程的工程系統，顯示出可以精確設計具有可控氧化還原活性的生物炭基材料。研究的對應作者表示，這一方法使我們能夠加速自然腐植化過程，並創造出能主動響應陽光的材料。

為了測試這些工程材料，研究人員以銀離子還原作為模型反應。結果令人驚訝，在較高水熱溫度下製造的材料顯示出遠比在較低溫度下合成的材料強得多的光化學活性。特別是，在 340 攝氏度處理的樣品，其還原效率提高了超過十九倍。這一性能提升源自水熱處理過程中木質素衍生分子的變化。較高的溫度增加了酚類官能團的濃度，這些官能團作為強效的電子供體。在陽光下，這些官能團會產生反應性超氧自由基，驅動還原反應並促進配體與金屬之間的電荷轉移。

除了性能提升外，團隊還發現了一種意外的動態行為。在陽光照射下，水熱生物炭部分溶解，釋放出溶解的有機分子到周圍環境中。這些分子進一步加強了光化學活性，顯示出基於生物炭的材料可以隨著時間的推移進化並與周圍環境互動。作者解釋道，我們的發現突顯了生物炭不僅僅是被動的吸附劑，它能在陽光下動態轉變，並參與影響污染物行為和金屬循環的複雜光化學反應。

這一發現為設計陽光響應的污染土壤和水體的修復系統開辟了新可能。通過改良生物炭使其主動參與光驅動的化學反應，研究人員可以開發出低能耗的解決方案，用於轉化污染物和控制自然環境中金屬的流動性。這些材料還提供了可持續的優勢，因為人工合成的腐植物質來自廢棄生物質，這與發展碳負技術和循環生物經濟路徑的努力相一致。未來的研究將集中於在更廣泛的污染物和現實環境條件下測試這些材料。該研究結果已發表在《生物炭》期刊上。

哈佛大學的工程師們開發了一種全新的 3D 列印技術，能夠使軟體機器人在充氣時以可預測的方式彎曲、扭轉和改變形狀。這種方法將形狀變化的行為直接嵌入印刷結構中，從而消除了長期以來困擾軟體機器人設計的許多不確定性。軟體機器人通常由柔性和生物相容的材料製成，廣泛應用於從手術到工業處理等多個領域。然而，控制這些機器人的運動一直是個挑戰。傳統的製造方法依賴於模具、分層鑄造和表面圖案化的氣道，這使得定制變得緩慢且複雜。

這種新方法用一個單一的 3D 列印過程取代了這些步驟，創造出長而柔韌的絲線，內含精確定位的中空通道。當空氣被泵入這些通道時，結構會向特定的預編程方向彎曲。這項研究由研究生 Jackson Wilt 和前博士後研究員 Natalie Larson 在哈佛大學約翰·保爾森工程與應用科學學院的 Jennifer Lewis 實驗室領導。團隊將多種 Lewis 實驗室開發的現有列印技術結合成一個單一的製造策略，使得在不使用模具的情況下，快速進行設計變更成為可能。

這項技術的關鍵在於一個稱為旋轉多材料 3D 列印的過程，該過程使用單個噴嘴同時列印多種材料。研究人員通過在列印過程中旋轉噴嘴，能夠控制不同材料在每根絲線內部的位置。利用這種方法，團隊列印出外殼堅固的聚氨酯絲線，內部則是可移除的由類似膠狀聚合物製成的核心，這種聚合物通常用於髮品中。通過調整噴嘴的旋轉速度、流量和幾何形狀，研究人員能夠高精度地控制內部通道的取向、大小和形狀。

一旦外殼固化，內部的膠狀物質被沖洗掉，留下中空通道。這些通道在加壓時作為內建的氣動通道，驅動運動。根據通道的位置，絲線可以以可預測的方式彎曲、扭轉或收縮。Wilt 表示：「我們使用兩種材料從單一出口進行列印，可以旋轉以編程機器人在充氣時的彎曲方向。我們的目標是創造出柔軟的、生物啟發的機器人，以適應各種應用。」

為了演示這種技術，研究人員列印了一個螺旋狀的花朵樣驅動器，當充氣時會展開和捲曲。他們還創建了一個手形抓取器，具有五根手指和明確的關節，展示了如何在一次列印中實現複雜的關節運動。由於這些結構是由柔性且潛在生物相容的材料列印而成，這項技術在手術機器人、輔助設備和人機介面等領域可能會非常有用。快速定制運動的能力也可能使柔性製造工具在處理精細物品時受益。

Larson 現在是斯坦福大學的助理教授，她和 Wilt 認為這項技術提供了一種新的思路，通過將功能直接嵌入列印材料中，而不是後期再添加。這項研究的成果已發表在《Advanced Materials》期刊上。

全球首個 2,000 萬瓦 (MW) 的風力發電機，能夠每年供電超過 44,000 戶家庭，已成功連接至中國電網。該項目由中國三峽集團（CTGC）負責，這是一家國有的清潔能源巨頭，也是全球最大的水電開發商。這台巨型風力發電機於 2 月 5 日正式投入運行，安裝於東南部的福建省海域，成為全球首個上線的單體離岸風力發電機。

這次的發佈標誌著中國首次將 2,000 萬瓦級風力發電機連接至電網。這台風力發電機是與北京的風力發電機製造商金風科技共同設計和建造的，目前正在 CTGC 的漳浦六澳二期離岸風電場運行，其安裝於一月已經完成。

該離岸風電場距離福建省南部海岸約 30 公里，這是此前世界首批 1,600 萬瓦風力發電機安裝的同一項目。根據 CTGC 的資料，這台風力發電機運行於水深超過 40 米的區域，其體積之大在離岸風電中也是相當驚人。

該風力發電機的輪轂高度達到 174 米，相當於一棟 58 層的建築，轉子直徑則達到 300 米。這台風力發電機配備三片國產的氣動翼葉，每片長約 147 米，設計上平衡了強度、靈活性和空氣動力效率，達到前所未有的規模。

當這些氣動翼葉完成一整圈時，掃過的面積相當於 10 個標準足球場，這使得風力發電機能夠從每次風的通過中收集到更多的能量。同時，系統的輕量化結構設計和數字化集成提升了風能捕捉的效率，並減輕了運輸、安裝及結構負荷。

據報導，工程團隊使用了一艘具備 2,000 噸起重能力的第四代船隻完成這台風力發電機的建造。新設計特徵還使得每兆瓦的重量減輕了 20%，簡化了安裝過程並降低了成本。

這台風力發電機每年可產生超過 8000 萬千瓦時（kWh）的電力，足以滿足約 44,000 戶家庭的年用電需求。此外，它每年還能替代約 22,000 噸的標準煤。

對於離岸風電來說，通常依賴於大型陣列的較小風力發電機，單一單元能夠提供這樣的輸出水平，標誌著未來風電場設計和優化的重要轉變。2,000 萬瓦風力發電機成功接入電網，為中國在下一代離岸風電領域的雄心提供了技術驗證。

此外，這也顯示出全球對於日益龐大的可再生能源硬件的趨勢，隨著研究人員不斷突破材料、製造和系統集成的極限。CTGC 福建分公司副總經理江光球指出，發佈團隊克服了季風和複雜海況等挑戰，高效完成所有測試。這台風力發電機為未來在更深水域的離岸風電發展提供了關鍵的技術支持。

在本集的 Lexicon 中，我們與 Boston Dynamics 的 Atlas 產品總監 Aya Durbin 坐下來探討，為何這個問題終於被認真對待，以及近幾年為何標誌著人形機器人的真正轉捩點。

Aya 解釋道，Boston Dynamics 建立人形機器人已超過 17 年，早於 Atlas 被視為商業產品的時候。在這段時間內，目標主要是探索（挑戰平衡、移動性和控制的極限）。然而，根據 Durbin 的說法，將 Atlas 產品化的決定最近才出現。她表示：「大約兩年半前，團隊開始對我們可以提供一個有價值且能帶來正回報的人形機器人產品感到信心。」這種信心來自兩個主要的進展。首先，多年的硬件設計穩步進步，使 Atlas 可生產、可維修，並足夠堅固以用於工業用途。其次，甚至可以說更重要的是，專為機器人量身定制的人工智慧的加速發展。

Durbin 解釋說：「現在我們能做的更多事情，主要是因為人工智慧在機器人領域的出現，這開啟了一個以前不存在的通用性層面。」她指出，目前市場上並沒有真正被銷售為完整產品解決方案的人形機器人。「我不確定我們是否已經達到那個地步，但這是我們所有人正在追尋的旅程。」

關於人形機器人的必要性，Durbin 認為，人形形式並不是模仿，而是兼容性。「擁有人形特徵的整體價值在於，您可以將技術放入現有環境中。」工廠、倉庫和工業場地的設計已經圍繞人類身體運行了幾十年。對於固定自動化的改造成本高昂且緩慢，任何產品組合或產量的變化通常需要昂貴的重新設計。她補充說：「人形機器人的一個價值主張是，您不需要設置實體基礎設施來使用這項技術。」

人形形式還能在緊湊的空間內發揮力量。Atlas 最多可以提起 110 磅（約 50 公斤），其能力可與許多工業機器人相媲美，甚至超越，但不需要大型底座或專用工作空間。「您可以利用人類的物理特徵和人體工學，這正是人們今天所使用的。」Durbin 解釋道。

在討論中，持續出現的主題是研究機器人與產品之間的區別。對於 Durbin 來說，這一區別至關重要。「要提供一個能增加價值的解決方案，您需要的不僅僅是一個能夠拿起東西和放下東西的機器人。」她表示，將 Atlas 產品化意味著整合三個層面：硬件、人工智慧行為和應用程式軟件。軟件層允許客戶指派任務、監控性能、處理錯誤，並將 Atlas 整合進現有的設施系統。「這使客戶能夠實際與機器人介面並成功使用它。」

這一轉變也重新塑造了設計優先級。Boston Dynamics 不再專注於極限表現，而是重點放在可靠性、易於生產、可維護性和安全性上。「我們不僅是在研究如何讓機器人跳得更高。」Durbin 說。「我們在思考如何大規模地提供客戶所需的解決方案。」

在工業速度下訓練機器人是本集的一個驚人揭示。「我們的目標是在不到一天的時間內訓練 Atlas，而目前我們就是這樣做的。」Durbin 表示。訓練依賴於多種技術的組合，包括行為克隆，讓人類操作員穿著遠程操作服裝，實際演示任務，以及模擬技術，通過數千次虛擬重複來增強穩定性。「經過幾小時的訓練，機器人就能獨立完成任務。」

這種快速訓練對於工業應用的相關性至關重要。但 Durbin 強調，單靠任務能力並不等於有用。「Atlas 能夠做無限的事情。但重要的是其上層基礎設施—讓客戶能夠指導工作、處理例外情況，並保持運行的系統。」

在受控的演示中，機器人表現良好。但在真實的設施中，問題總是會不斷發生。「例外處理是機器人技術中最有趣的現實問題。」Durbin 說。「叉車駕駛員不會以一英尺的精確度放下庫存。有時距離是十英尺。機器人需要識別並理解這一點，而這正是人形機器人的承諾。」

解決這些問題需要的不僅僅是感知，還需要溝通和優雅的後備行為，保持工作運行，同時在需要時讓人類介入。在 CES 中，Atlas 因其操作和移動能力而受到關注，但 Durbin 認為最重要的成就卻被忽視。「在公共場合首次展示 Atlas 工作是非常大膽的。」她說。「我們在公開場合沒有出現摔倒。我們展示了在這個領域前所未見的可靠性水平。」

她認為，可靠性是信任的基礎。「當一切順利時，人們不會注意到它的良好運行，但這正是客戶所關心的。」儘管對於工作取代的擔憂廣泛存在，Durbin 對 Atlas 的預期角色卻十分清晰。「Atlas 的設計是為了處理工業中最艱難的工作，包括重物搬運、極端溫度和重複性勞動。」她解釋道。「這是艱苦的工作，會損害身體。」在許多設施中，這些角色難以招聘，且流動率極高。「這些地方是人形機器人發揮作用的地方。」她補充說。

同時，人類在故障排除、創造力和細緻靈巧性方面仍然遠遠優於機器人。「目前人類幾乎在所有方面都優於機器人。」Durbin 承認。「這就是為什麼我們首先專注於最艱難的工作—這方面的工作還有很多。」

當被問及工程師可能低估了 AI 和機器人在工業中日益增長的角色時，Durbin 指出，AI 應該被認真對待。「即使我也低估了 AI 對機器人的影響。」她表示。「我們低估了這些機器人可能的通用性，以及我們實際上解決這些問題的速度。」對於 Durbin 而言，人形機器人的未來反映了過去的技術變革。「我們在這個行業中反復這樣做。」她說。「這條路看起來崎嶇，但在事情真正起飛之前，它總是如此。」