有哪些最黑的黑科技？

11-16

任意科學領域
勿抖機靈
類似問題：有哪些最冷的冷知識？ - 知乎

講一個新鮮出爐的「黑科技」，就在上個月，Science （科學）雜誌刊登一項最新研究：哈佛大學科學家受到「鼻涕蟲」啟發，研製了一種新型止血材料 TA（Tough Adhesives），中文翻譯「強力膠」，名字起得也是簡單粗暴。

這種新型材料可以迅速粘連止血，同時又保持極高的組織器官強度。

如下圖，心臟上的孔洞都可以直接打個「補丁」，驚喜不驚喜，意外不意外？

用法也十分簡單，只需要貼上就行，是不是很簡單！

貼上後需要非常大的力氣才能夠扯掉：

而且，即使在有血的表面（濕潤環境）也能輕鬆粘合：

此外，它的延展性十分好，可以拉伸到原體積 14 倍長度，同時仍可保證粘連處固定良好。

而且，時間越長，它的粘合作用越強，遠遠甩掉了其他同類膠水。

除了粘心臟，還能粘肝臟、粘皮膚、粘軟骨、粘動脈等等等等：

它的細胞組織相容性良好，僅有輕中度的炎症反應。加上操作簡單，就連心臟大出血，都可以「一貼止血」，這幾乎就是理想中的完美外科吻合止血材料。

而這種材料，是從鼻涕蟲身上找到的！

為什麼是「鼻涕蟲」？

目前外科最常用的纖維蛋白膠（fibrin glue）和「502」膠都存在嚴重缺陷。

氰基丙烯酸酯聚合物（「502」膠水有效成分）在含水的濕潤環境下會逐漸分解，不但會產生甲醛等毒性物質，而且其強度會隨之下降甚至消失。而這對於血管外科吻合來說就存在很大的風險。因此直到目前，仍只能應用於皮膚表面的粘連。

纖維蛋白膠（fibrin glue）常用於術後止血。這種粘合劑使用了從血漿中分離的纖維蛋白原，並用凝血酶將其轉變為纖維蛋白形成凝塊。這些凝塊有一定粘性，但無法形成牢固的聯結，而且 48 小時內就會被降解。而且其由於纖維蛋白原的特性，會導致手術部位廣泛粘連，對未來可能手術造成風險。

在傳統膠水材料折戟沉沙之時，科學家把目光投向了自然界中的生物。

貽貝、壁虎、蝸牛都能夠產生粘液，穩定粘附，而在科學家們的篩選過程中，一種叫做 Arion subfuscus 的鼻涕蟲脫穎而出。

這種鼻涕蟲具有很好的柔軟延展性；
當遭受威脅時，它會分泌一種特殊的粘液，把它自己和岩石土壤表面粘起來，捕食者甚至很難將它從它膠粘的表面上撬開；
而整個粘連過程都是在粘性濕潤環境下進行的。

哈佛大學 Wyss 研究所迅速以這種鼻涕蟲為原型，製備了一種新型雙層水凝膠，這種水凝膠提取模擬了鼻涕蟲體內雙層藻酸鹽 - 聚丙烯醯胺基質延展結構。同時借鑒其靜電作用、共價鍵、物理滲透作用，確保粘連的強度。

研究團隊為了展示這種靈感來源，特意將材料染色做成鼻涕蟲的樣子放在心臟上：

**為啥這項「黑科技」可以登上頂級大刊 Science ？**

這要從外科學的發展講起了，外科學的發展，很大程度上是和外科止血技術的發展分不開的。

從基本的切開、結紮、縫合，到血管「三點式」吻合技術，再到目前各種複雜外科血管阻斷吻合方式。可以說，血管外科技術的發展使我們目前習以為常的複雜外科手術成為可能。

但是外科技術的發展在最近十幾年也遇到了瓶頸。

一方面，傳統縫扎、電切電凝、超聲刀等止血吻合方式，儘管可以有效止血，但是也不可避免的會帶來對機體的二次損傷（物理損傷、電損傷、熱損傷等），而這些損傷可能比手術本身損傷還大；

另一方面，一個優秀的外科醫生，不光需要優秀的個人素質，而且需要長時間的專業訓練。而重大手術（器官移植、複雜手術）血管阻斷時間有限，只能由有經驗的外科醫生完成，這又進一步限制了外科醫生訓練可能。

而有沒有能夠能夠迅速進行粘連，迅速牢固進行外科吻合的方法呢？

科學家很早之前就進行了這方面的探索，但結果卻很不令人滿意。

而現在，TA 的出現，完美解決了這個難題，也因此得到了學術圈的認可。

這次的技術創新，不同於以往手術室的技術改良，而是從根本上改變以往 100 多年的止血理念。

如果說老一輩的外科醫生，只需要拿好手中的柳葉刀的話。那麼新一代的外科醫生，不但要關心學術進展，同樣需要對這些交叉學科技術有所涉獵。

而這些，離不開科學的進展和外科技術的革新。這些改變，能夠讓外科手術實施更加完美，讓患者受到的損傷也更少。

參考文獻：

1. Li J, Celiz A D, Yang J, et al. Tough adhesives for diverse wet surfaces[J]. Science, 2017, 357(6349): 378-381.

2. Science 官網報告：Sealant inspired by slug slime could plug holes in the heart

世界上最快的攝像機可以讓你看到光的運行。

試驗場景是這樣的：一小段激光脈衝從左邊進入水瓶，高速攝像機記錄下激光在水瓶中運動的過程。

圖片來自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

如果你看不到Youtube上的視頻，可以試試TED：萬億分之一秒攝影（能拍攝光運動軌跡的逆天技術）_數碼_科技_bilibili_嗶哩嗶哩。

這種攝像技術叫做飛秒照相，出自麻省理工學院的研究人員之手。成像速度達到駭人聽聞的每秒1萬億幀。仔細算算你可能會發現一個問題：光在真空中的速度是每秒3 x 10^8米，那麼在攝像機產生一幅圖片的時間內，光在真空中也只能走0.3毫米。為了生成一幅圖像，攝像機需要進行大量的電子或機械操作。這樣看來，莫非這個攝像機可以超光速運行？

還有一個問題：高速攝影中，每一幅圖片曝光時間都非常短。在1萬億分之一秒內，攝像機接收到的光微乎其微，遠遠不足以生成一幅圖片。

飛秒照相技術確實玩了一個小花招來避免上述問題。你看到的視頻好像是一小段激光穿過水瓶的過程，但實際上，他們向水瓶發射了上百萬次激光脈衝，錄製了上百萬段視頻。當然，每一段視頻包含的信息量極少，無法觀看。然後電腦把所有視頻合成為一個，集合了所有視頻中的信息。所以，攝像機不需要超光速運行（雖然攝像機的速度確實很高），錯過了幾幀也沒有關係，下一次總會抓住的；每一幀光線太暗也沒有關係，把一百萬個視頻合起來亮度就夠了。

這項技術還有一些匪夷所思的應用，比如可以看見躲在牆角的人。

圖片來自https://www.slideshare.net/cameraculture/raskar-ted-global-2012-femto-photography

在上圖的場景中，攝像機不能看見屋裡的人。於是，攝像機向門的不同位置發射多次激光脈衝。光子從門上發射，走向不同方向。有少量激光會落到人身上，再次反射。部分激光會再次落到門上。其中少數比較走運的光子會進入攝像機的鏡頭，被攝像機看到。攝像機通過分析接收到光子的時間，大致判斷目標在屋裡的什麼位置。

經過上百萬次激光脈衝和成像，攝像機就能建立起一個大致的三維模型。

圖片來自https://youtu.be/Y_9vd4HWlVA

飛秒照相技術發表於2012年。從此以後，其他研究機構紛紛跟進，成像速度也得到了突飛猛進的發展。現在的最高紀錄為瑞典隆德大學保持：每秒5萬億幀。

Vantablack——高端黑
這貨的反射率不到50ppm，長在別的東西上之後，所有的光學信號就都被吞掉了（不恰當的，類似黑洞），只能看到這裡有個洞，看不到它的形狀（下圖的中間部分也是有類似邊緣的褶皺的，但是你就是看不見~~

其實它就是垂直組裝的碳納米管

呃答完了發現張澤中已經回答過了(-_-)，就當補圖吧~~

醫學工程跟材料方面有很多黑科技啊，一眼看上去就跟科幻小說里走出來的差不多。順手拎幾個吧：

1.
鋼鐵外科醫生 (robot surgeon)

不怕苦不怕累、堅強獨立有主見的鋼鐵醫生已經離現實不遠了。這幾年來電腦和機器人給醫生做助手已經不算稀罕了，關鍵是能獨擋一面，獨立自主。而打造鋼鐵外科醫生則更是黑科技中的黑科技，是醫學、工程、人工智慧三大前沿學科的一個白熱交匯點。

現在最「聰明靈巧」的鋼鐵外科醫生已經到什麼程度了呢？光速縫合小腸，完全（好吧，大部分情況下獨立自主），而且「天衣無縫」啊。地球人都知道軟組織最最難搞，所以看到那一雙真正稱得上是百鍊鋼修成繞指柔的機械手上下翻飛、穿針引線，也確實不得不驚嘆。

如果照這樣發展下去

的話，十年之內鋼鐵醫生就會成為各科室、尤其是手術室24小時待命的「守護神」了吧。

截圖如下：

動圖請看下列鏈接：

Autonomous Robot Surgeon Bests Humans in World First

參考文獻：

Supervised autonomous robotic soft
tissue surgery. Science Translational Medicine 04 May 2016: Vol. 8, Issue 337,
pp. 337ra64 DOI: 10.1126/scitranslmed.aad9398

2.
醫療材料／器械方面的黑科技

（1）量身定做的人體零部件

擁有可以與人體無縫對接、隨時更換的零部件在科幻小說里已經久遠得讓人都會默認為科幻設置了。最近3D列印又讓這個久遠的夢想離現實邁近了一大步。

去年3D列印的合成骨骼(synthetic
bones)首次在動物實驗中獲得成功。科研人員用一種最新的生物活性陶瓷(bioactive ceramic) 做材料，3D列印出來的合成骨骼成功地融合進了大鼠受損的脊椎，以及猴子破裂的頭骨。關鍵是這種材料不會引起免疫反應，可以幫助身體長出自身的骨骼，然後自然降解。

因此上了《科學.轉化醫學》的封面：

當然，這種合成骨骼要經過一系列的臨床試驗最終進入市場還有一段路要走。不過很有可能是第一個應用於臨床的個性化人體零件。

參考文獻：

Hyperelastic
「bone」: A highly versatile, growth factor–free, osteoregenerative, scalable,
and surgically friendly biomaterial Science Translational Medicine 28
Sep 2016 Vol. 8, Issue 358, pp. 358ra127 DOI: 10.1126/scitranslmed.aaf7704

（2）真正的左右手

本世紀以來，得益於材料、工程、醫學以及計算機的全面發展，智能義肢的發展有了量子躍升式的突破。

然而要做成真正的想打哪兒打哪兒、擁有自然魔性的左右手，最大的一道難關就是讓機械肢體發展出能反饋信號，能讓大腦產生基本的感知。沒有返回大腦的感覺信號，機械手永遠只是工具，而不會是肢體的一部分。另外，沒有神經的感知反饋而只靠物理參數的話，機械手也很有可能達不到真正的人手的多功能和靈活性。

所以要復現那些我們習以為常、經常被主觀意識忽略的「次要」感覺，比如溫度的感覺、觸覺、本體感覺等等，其實是項超級複雜的黑科技。

本著屢敗屢戰的精神，克利夫蘭退伍軍人醫學中心的研究者們把幾十個電極包埋在手臂中不同的位點反覆實驗，終於第一次成功地為一位失去右手的患者通過假肢再現了包括撫摸、輕微的刺痛、柔軟等十幾種自然感覺。

真正完好如初、而且刀槍不入的黑科技手終於要變成現實了。

參考文獻：

Creating a Prosthetic Hand That Can Feel

（3）給葯神器－－可內置定時定點給葯的水凝膠給葯器

討厭打針嗎？至少這一條你是占理的。注射給葯不僅簡單粗暴，而且長期反覆使用的話會造成很多身體損傷。尤其是那些患有慢性或嚴重疾病，需要長時間注射多種藥物的病人來說，智能可控定時定點又無需注射的給葯器確實是雪中送碳，不幸中的萬幸。

有意思的是，最近由哥倫比亞大學的研究者做成的這一款新型內置給葯器，定時的方法還是從機械鐘錶中借鑒來的，所以連充電都不用。

最初用一個小鼠骨癌模型的實驗結果證明這個裝置完全可以在體內良好運行。比起通過傳統的靜脈注射化療藥物，這種給葯器可以埋在病灶附近，以少得多的藥量殺死更多的癌細胞，而且不被身體排斥。

埋在小鼠體內的凝膠給葯神器：

雖然仍然任重道遠，但是一代給葯神器已經初露頭角了。

參考文獻：

前沿 | Science Robotics 介紹3D列印柔性機器人：可植入身體定點釋放藥物

Additive manufacturing of hydrogel-based
materials for next-generation implantable medical devices Science Robotics 04
Jan 2017: Vol. 2, Issue 2, DOI: 10.1126/scirobotics.aah6451

3.營養、好吃，又給力的食品。。。包裝

雖然看上去沒那麼黑，但是難度卻一點不少。而且一旦做成了，比以上的黑科技都要有實用價值（關鍵還是跟「吃「沾了邊）。因為無知又放縱的人類已經把22世紀的塑料定額都提前消耗完了，尋找可以降解（最好是好吃）的塑料替代品很有可能直接決定幾十年後地球的友善程度。

因此做出來跟食物一樣好吃的食物包裝就成了吃貨們，不對，有理想有擔當的材料研發人員的孜孜以求的奮鬥目標。

這不，在不久前的美國化學學會年會上又有關於可食用的包裝的最新進展了。這種最新包裝用奶製品中的一種蛋白做成，號稱跟塑料薄膜一樣堅固、防腐效果更好，而且最最重要的是：可以吃、有營養！

等著它自然降解多慢啊，直接配菜吃了唄。比如榨菜包裝卷榨菜，香辣豆腐乾就包裝，有葷有素，有主有副，有咸有淡，而且吃完了連垃圾都沒有！

參考文獻：

Edible food packaging made from milk proteins (video) - American Chemical Society

我在之前這個帖子（太空精釀：你現實中見過科技含量最高的東西是什麼？）里回答了歐空局研究地球重力場和全球洋流的的GOCE衛星。

中間提到了它的測量精度相當於如果把它放在一艘萬噸巨輪上可以感受到一片雪花落到船上時產生的加速度。依靠的就是它不可思議的靜電重力梯度儀（Electrostatic Gravity Gradiometer）。

最近開會時無意碰到了歐空局對重力梯度儀提需求的甲方一位負責人，聊了聊發現它的精度還是被我曾經寫的給低估了不少，就單獨寫一寫也給自己做個學習記錄好了。

來自歐空局和https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/g/goce

這就是重力梯度儀，它的原理其實就是在一定的距離上放置兩個測量加速度的加速度計，通過它們之間的區別（梯度）來精確推演重力場。

這就好比是LIGO用來找引力波，得靠兩個巨大的干涉臂來感知引力波的微小變化，甚至這也不夠，還需要在華盛頓和路易斯安娜這兩個距離3000千米的城市中同時測量。這種思路探測引力波收穫頗豐，比如就得了2017年的諾貝爾獎。

而GOCE重力梯度儀的這個「臂」僅有0.5米，如果測量超高精度，要求就非常高了。

GOCE重力梯度儀的一些關鍵數據嚇死人。

它的感知精度在 $10^{-12}m/s^2$ ,地表的引力在 $9.8m/s^2$ 左右，一萬億分之一的重力精度！
它的臂要求極高，是用碳纖維拼接成的碳纖維矩陣加工而來，以造成完全各項同性的變化，碳纖維畢竟在長度和寬度方向上有所不同；
不管衛星表面處於正負上百攝氏度的怎樣溫度變化，內部要絕對控溫，200秒鐘內的溫度穩定性要不超過0.01攝氏度，儘力減少溫度導致的變形；
加速度計上的敏感質量（由鉑銠合金製造而來）距離變化測量精度要求做到實時60納米，大概是人類頭髮直徑的1000分之一；
敏感質量的控制肯定不能靠機械了，需要依賴儀器產生的靜電場，形成一個籠子把它們關起來；
3分鐘內一對加速度計距離的測量誤差平均值不允許超過1埃格斯特朗（?ngstrom ），埃格斯特朗是用來衡量原子半徑的單位，1埃格斯特朗是0.1納米；
它可以測量三維方向，總共有3個臂6個加速度計，不是我們想像的從地心指向某點，所以是多維測量；
要知道，這麼高精度要求是在天上，中間火箭發射的巨大振動和干擾，都要倖存過去才行。

這個技術簡直無情，上天之後直接將人類同樣儀器的精度，提高了100倍以上，目前無人能超越，足夠叫做黑科技了。

不過這貨已經於2013年11月11日的午夜，大家在瘋狂的剁手購物時，燃料用盡的它悄無生息地墜入地球大氣，解體焚毀。

在它的任務周期內，所有科研目標均超出預期，可謂巨大的成功。

焚毀在地球大氣中的最後一幕恰好被馬爾維納斯群島附近的Bill Charter拍到

不過這種人類航天黑科技還有很多，

太空精釀：你現實中見過科技含量最高的東西是什麼？

太空精釀：人類歷史上有哪些瘋狂的計劃？

太空精釀：人類史上令人嘆為觀止的極限精度製造成果有哪些？

有時候看到這些航天領域的黑科技，無論研發的國別如何，總給人一種生而為人的驕傲。

不過也有例外，哈哈哈哈，

太空精釀：有哪些聽起來高大上實際上很普通的東西？

太空精釀：關於美國「好奇號」火星車，有哪些有趣事情？

太空精釀：有哪些令人嘆為觀止的細節？

所以說，人類是世界上最偉大的生命，看看他們做出來的東西就知道了。

這個好像還沒有人說：

通過無聲的高速錄影記錄和還原聲音。

這個技術原理大概是：把聲源附近的物品當作麥克風的薄膜，通過高速錄影拍攝下來，然後通過軟體技術把振幅放大還原成聲音。

換句話說，以後看見遠方有攝影機對著你，別以為是在拍你，也可能是在偷聽你講話。

有了這個技術，老闆的辦公室再也不敢有半點可視區域了，因為就算看不見裡面在做什麼，只要把裡面的一些物品如盆栽什麼的拍下來，就能還原成聲音判斷出老闆的秘書是不是也在裡面。

具體請看《揭示物體隱藏屬性的視頻新技術》演講視頻：

TED 官網：揭示物體隱藏屬性的視頻新技術
網易公開課（同一個視頻）：網易公開課

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鑒於 TED 這類演講扯淡的太多，加上我對這個技術具體發展怎麼樣也不了解，姑且當真。如有不實，歡迎指出。

發現有人提到SR-71，卻沒提到SR-71上的普惠J-58引擎，明明這玩意兒才是真正的黑科技好不好。

XB-70通過堆暴力發動機的方式（6台通用電器YJ93-GE-3 發達機加力燃燒），也能在2萬米以上，以3.0馬赫巡航。
（PS:沒人發現這設計圖不是XB-70嗎？，而是蘇聯人的翻版-T4轟炸機嗎？XB-70是雙垂尾，沒有尾錐；T-4是單垂尾，有一個尾錐……）

米格25如果不考慮燒發動機（後勤:我cao你大爺）的話還能跑到3.2馬赫……

（SR-71的戰鬥機版本YF-12，該計劃後來取消）

但是SR-71的設計要求是在35000米高度以3.2馬赫長時間巡航，這立馬就體現出它的引擎的黑科技之處了

前方多圖高能，流量黨可以選擇翻到最後視頻鏈接

進氣道裡面會有第二段激波，也叫普通激波，氣流在這裡從低壓超音速狀態變成高壓亞音速狀態

當以1.6馬赫飛行時

進氣錐就會收縮1.6英寸，這樣會改變進氣道的幾何形狀，以保證普通激波剛好在最佳位置結束。

進氣錐就會收縮1.6英寸，這樣會改變進氣道的幾何形狀，以保證普通激波剛好在最佳位置結束。
當黑鳥達到3.2馬赫的巡航速度

這個地方也叫發動機整流罩，此時進氣錐收縮26英寸

加力燃燒的效率也最高

加力燃燒的效率也最高
再介紹一下其他一些細節

之後是一圈激波阻滯孔

最後從尾噴管流出

視頻鏈接地址:
http://www.bilibili.com/video/av4802681

有問題的話歡迎討論，但是請先看清楚正文或者refs，原文沒辦法下的可以私信找我要。

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來寫寫晶元原子鐘。

原子鐘是一種用原子共振頻率去鎖定一個本地振蕩器來輸出穩定頻率的裝置。由於原子共振頻率比較穩定，所以對比於其他計時手段或者頻率標準，原子鐘是目前最準確和最穩定的頻率標準。日常生活中，每個人的生活都和原子鐘相關，全世界的時間標準由美國國家標準技術研究所（NIST），美國海軍天文台（USNO），巴黎天文台（Observatoire de Paris），中國計量科學研究院等實驗室的原子鐘提供，GPS的信號依賴於星載原子鐘提供頻率標準，通訊基站同步或者電網同步也都依賴於原子鐘。

一般來說，在實驗室提供時間基準，作為一級頻率標準的原子鐘（微波噴泉鍾或者光鍾）體積和功耗都非常巨大。在工程應用或者某些軍事用途的原子鐘，體積也大部分在1升到十幾升之間。

Fig 1. NIST的NIST-F1銫原子噴泉鍾，提供美國的頻率和時間標準。

不同的原子鐘對於抽運和探尋原子的原理不盡相同，其中有一種基於相干布居數囚禁（Coherent Population Trapping，CPT）原理構成的原子鐘[1]，其中探詢原子光場由頻率差為鹼金屬超精細能級的頻率差的邊帶構成，這樣與原子共振的微波頻率包含在光場中，由此規避了限制傳統微波原子鐘最大的部分：微波諧振腔。由此給我們提供了一種大大縮減原子鐘功耗體積的可能。目前，NIST和Microsemi公司已經開發出商業化量產的晶元原子鐘[2,3]。

Fig 2. Microsemi SA.45s [3]。

整機體積只有 $17 cm^3$ ，功耗只有 $120 mW$ 。短期頻率的穩定度在 $10^{-10}$ ，比類似體積的晶體振蕩器指標至少提高了一個量級。

而且實際上整機裡面絕大部分都是集成電路部分，真正的物理部分只有不到 $10 mm^3$ [2]。

Fig 3. 晶元原子鐘的物理部分[2]。

在這 $10 mm^3$ 的體積里包含了激光，衰減片，波片，原子氣泡，光電探測器。其中最核心的部分是原子氣泡，裡面充了緩衝氣體和鹼金屬原子（一般是Rb或者Cs）。而原子氣泡的體積大概只有 $5 mm^3$ [4]. 而單純利用這種微型化原子氣泡的原子鐘桌面系統短期頻率穩定度也可以達到小係數 $10^{-11}$ [5]。

Fig 4. MEMS原子氣泡[6]。

以上是已經量產的晶元原子鐘。在這種晶元原子鐘里，為了避免鹼金屬原子和氣泡壁碰撞引起的弛豫，原子氣泡充入的比較大氣壓的緩衝氣體。但是緩衝氣體的引入會引起緩衝氣體和鹼金屬原子的碰撞，導致這種原子鐘的長期穩定度不是很好。同時，以現在的技術，很難精確的控制充入緩衝氣體的氣壓，所以導致這種原子鐘輸出的頻率準確度較差。為了解決這個問題，現在開始研究利用磁光阱冷卻原子的CPT原子鐘。冷原子的好處是可以避免緩衝氣體帶來的碰撞頻移，使得CPT原子鐘的長期頻率穩定度更好。在光學平台上，冷原子CPT的長期頻率穩定度達到了 $10^{-13}$ [7,8]。然而光學平台上的系統是不夠，為了將來能夠做成晶元冷原子CPT鍾，最大的問題是如何將磁光阱小型化。

目前NIST已經做出僅僅只有 $4 mm$ 厚磁光阱原子泡，成功俘獲了 $5 10{^5}$ 個原子[9]。不過現在這種微型磁光阱仍然是使用主動離子泵，下一步開始嘗試使用被動吸氣劑來保持原子泡內的真空，這樣原子氣泡就可以完全獨立於外部的真空泵。

Fig 5. 用於微型磁光阱原子氣泡。

晶元原子鐘不僅可以用作替代石英振蕩器的功能，還為其他晶元感測器的研製打好了基礎。因為利用原子躍遷頻率為基礎的原子感測器基本都需要用到激光，原子氣泡，微波器件等類似的結構，比如美國國防部先進研究計劃局（DARPA）提出的mPNT（micro Positioning, Navigation and Timing）單元就像將晶元原子鐘，晶元加速度計和晶元陀螺儀整合在一起，形成一個完全獨立的自主導航單元。

Fig 6. 設想的mPNT原子氣泡和整體結構圖[10]。

Refs

[1] J. Vanier, Appl. Phys. B 81, 421 (2005).

[2] S. Knappe, V. Shah, P. D. D. Schwindt, L. Hollberg, J. Kitching, L.-A. Liew, and J. Moreland, Appl. Phys. Lett. 85, 1460 (2004).

[3]Quantum? SA.45s Chip Scale Atomic Clock (CSAC)

[4] Li-Anne Liew， Svenja Knappe， John Moreland， Hugh Robinson, Leo Hollberg, and John Kitching, Appl. Phys. Lett. 84, 2694 (2004).

[5] R. Boudot, X. Liu, P. Abbe, R. Chutani, N. Passilly, S. Galliou, C. Gorecki, and V. Giordano, IEEE Ultrason. Ferroelec. Freq. Contr. 59, 2584-2587 (2012).

[6] M. Hasegawa, R. K. Chutani, C. Gorecki, R. Boudot, P. Dziuban, V. Giordano, S. Clatot, and L. Mauri, Sens. Actuators, A 167, 594 (2011).

[7] F.-X. Esnault, E. Blanshan, E. N. Ivanov, R. E. Scholten, J. Kitching, and E. A. Donley, Phys. Rev. A 88, 042120 (2013).

[8] X. Liu, V. I. Yudin, J. Kitching, and E. A. Donley to be published.

[9] A. T. Dellis, M. T. Hummon, S. Kang, E. A. Donley, and J. Kitching, Frontiers in Optics (2016).

[10] A. M. Shkel, I. P. Prikhodko, S. A. Zotov, and A. A. Trusov, Sensors and Sensing Systems (2009).

謝邀。

高票回答中提到了飛秒成像技術，使我們可以觀察到光脈衝的傳播軌跡。我來補充解釋一下到底是什麼黑科技，才能實現恐怖的每秒百億千億幀的成像。

1、條紋相機

這項黑科技叫做「條紋相機(Streak camera )」，聽起來很玄妙，實際原理並不難理解，因為它並不是傳統意義上的相機，反而更像是一個示波器。

示波器是生活中常見的儀器設備，它的基本設計理念與老式顯像管電視機類似，通過周期變化的掃描電場將不同時間出射的電子轉移到顯示屏不同的位置，因此可以實現將輸入信號按時間分離的目的，時間解析度取決於掃描速度。但掃描常用的電場和磁場對光子並不起作用，因此科學家設計了一種特殊的光電結合的方式實現這一目的。

條紋相機原理圖 ( Universal streak camera)

上圖是一台典型的條紋相機的原理示意圖。外界輸入的光信號隨時間進行變化，當光信號透過狹縫和透鏡系統後，到達光電陰極。由於光電效應，會使得光電陰極（Photocathode）出射與光子量成正比的電子。電子在電場中被加速（該示意圖中被橫向從左向右加速），到達電子倍增器（MCP），轟擊熒光屏或CCD，使得該信號被觀察和記錄。

最關鍵的一點是，在電子從光電陰極到電子倍增器的過程中會經過一段掃描電極（sweep electrode）的區域，該區域會產生一個沿豎直方向的掃描電場。當該掃描電場的大小和方向變化時，電子到達電子倍增器的位置就會變化。因此若是將掃描電極的電場以一定的頻率周期變化，則會實現「光學示波器」的功能。

所以條紋相機記錄的並不是物體的像，而是輸入的光子量隨時間的變化。要計算出物體的形狀與輪廓，需要結合實際光路進行反演。

2、單光子雪崩二極體(single-photon avalanche diodes, SPAD)相機

光電二極體是一種常見的光敏探測器件，它通過將光轉化為電流或電壓信號的方式，來對光信號的變化進行記錄。一般的光電二極體靈敏度不高，當光強低到一定程度，信號就會被雜訊淹沒。

雪崩二極體則通過在PN結中加很高的反向偏置電壓，使得光子激發出的電荷載流子被加速並獲得足夠的能量，與晶格產生碰撞產生更多的二次電荷載流子。這些新產生的載流子再次被加速，再次撞擊產生更多的載流子，使得一個非常小的光信號能夠產生非常大的電流脈衝。這個過程就像是雪崩，因此被形象地稱為「雪崩二極體」。（其實數學上也有點像核彈的鏈式反應過程）

當雪崩二極體的探測靈敏度達到單光子級別，就可以稱其為「單光子雪崩二極體」，這樣每個光子激發出的電信號都被可以被記錄。可以看出，雪崩的這個過程若是不加以抑制，那麼最終會燒毀探測器。因此單光子雪崩二極體要配合專門設計的電路來使用，使得信號既能夠被探測到，又可以抑制並淬滅這個電流，「刷新」雪崩二極體，使其恢復原始狀態，為探測下一個光子的信號做好準備。這個電路就叫做「淬滅-恢複電路」。

因此這個電路對SPAD的刷新速率決定了其整體的探測速率，目前已經能夠實現每秒百億幀的記錄速度。而且比起一般只能探測一維光場的條紋相機，SPAD是可以組成二維陣列的，能夠真正「成像」。

比如下圖探測角落背後物體的實驗，就是通過SPAD相機實現的：

Detection and tracking of moving objects hidden from view

我們都知道大腦是身體最神奇的地方，這項技術能利用大腦強大的適應性，為幫助殘疾人恢復感官，或為正常人創造新的感官，能讓人類不局限於視聽觸味，以更豐富的方法感知世界。

（本文是參考ted演講視頻：我們能否為人類創造新的感官寫的啦，屬於科普性文章，如果有專業性上的錯誤請各位指出，視頻地址在此，有興趣的朋友可以去看看哦：http://www.bilibili.com/video/av2845836）
（修改了開頭-5-31）

在1969年，一名名叫Paul Bach-y-Rita的科學家做了一個實驗，他讓一個盲人躺在一張被改造過的椅子上，椅子與盲人背部接觸的地方有一個編碼裝置，椅子前面放有一台攝像機，編碼裝置能將攝像機傳來的信號編碼，並通過背部的刺激傳遞給盲人（如下圖），所以當一個茶杯被放在攝像機前面時，盲人能通過他的背部「看到」那個茶杯的形狀，不可思議的是，盲人在經過熟悉之後能很有效的僅通過背部一小塊區域來確定放在攝像機前面的物品。

從上例中，科學家推斷出一個概念：人腦是一個信號處理器，它不管信號是從何處發出為何發出，它只負責接收並處理信號，大腦的適應能力是巨大的（之前有新聞說有個小孩只有半邊大腦，但它的眼睛四肢都表現正常因為他僅剩一邊的大腦與之形成了新的神經連接並重新適應了編碼）。

只要有信號傳入大腦，大腦就會對其進行分析解碼，若長期對大腦發送有規律的信號，大腦便會適應這個信號並為之編碼。以上述為例，盲人背部有規律的刺激傳入了大腦，大腦自動對其進行分析，長期的刺激導致大腦對其編碼，並能感知這個新的信號來源。

有一個更容易理解的例子：有個大學教授有天做了一個眼鏡，這個眼鏡能將圖像上下顛倒，教授帶著它為證明人類的大腦的適應性，一開始自然是連走路喝水都做不到，但一個月後，教授完全適應了這個眼鏡，就像帶著普通眼鏡一樣，此時教授的大腦已經為視覺信號重新編碼，以至於後來教授摘下眼鏡後又用了半個月才恢復過來。（後來教授又做個了反向拐彎的單車，往左扭就往右拐的單車，結果也是類似的啦哈哈）

到如今，有更多的實驗來證明我們大腦的編碼能力

盲人實驗者帶著一幅裝有攝像頭的眼鏡，眼鏡講圖像以一定規律轉化為聲音信號，幾周後，實驗者能通過聲音簡單的聽出他面前的物品以及空間信息。

當然如果這樣的話，那實驗者就喪失了一部分聽覺，這就有點拆東牆補西牆了，科學家發現了這點，於是對設備進行了改良：將耳機換成綁帶，將聲音信號轉化為觸覺信號。

同樣經過幾周的訓練，實驗者便可以通過額頭來辨別空間與物體。

視頻中提到的BarinPort就是以此為原理製造的（來自百度百科）：

不需要改造人體，不需要做手術，僅僅是一種有規律的電刺激就能使大腦為止編碼，並理解其中的意義，不得不感嘆我覺得大腦才是世界上最黑的科技。_(:D)∠)_

然而我們可以拿它來恢復感官，自然也能用它來創造一個全新的感官。

蛇可以看到紅外線蜜蜂可以看到紫外線，海豚可以利用聲納定位蝙蝠可以利用回聲定位，人為什麼不能？
在利用這項技術後，人類照樣能夠擁有這些新的插件。（目前這方面進展很緩慢，雖然聽起來很誘人，但實際上科研需要大量的經費，所以這項技術運用在醫療方面才能吸引企業家投資，有錢才有生產力。）

除了這些，還有很多有實際用途的想法，如視頻中所說，如果給飛行員製造一個背心，背心後面有密密麻麻的小電極，然後將飛行員的飛機的各種狀態進行編碼然後轉入小背心裏面，經過訓練後飛行員就可以不用觀看錶盤，而直接通過小背心來感受飛機的狀態
。

還有David舉的空間站的例子----直接讓宇航員感受空間站的健康狀態，就像人感受自己的身體一樣，肚子疼
了就需要調理，哪兒磕著了就得包紮，在未來宇航員完全不需要去低效率地一個個的觀看錶盤和終端里的飛船數據，可以說這時飛船成為了宇航員的一部分，這將會為宇航員在太空作業時帶來極大的便利。

視頻中David甚至將股市的實時數據編碼進了小背心，然後讓志願者感受並決定是否購買；還有將網路信息傳遞到小背心裡，說不定以後我們上網就不是用眼睛看的了，而是直接去感受信息的洪流。

當然了目前這項技術還尚未成熟，現在我們在「插入」新的「插件」時，仍用的是大腦現有的「介面」----觸覺或聽覺，這也或多或少的會影響我們原本的感官體驗，但還記得前面說的那位只有半邊大腦的小孩嗎，小孩僅剩的一邊大腦形成的新的「介面」，與本來屬於另一邊大腦的插件，這也說明我們的大腦是可以形成新的介面的，當科技發展到我們能刺激大腦產生新的介面時，人類或許能擁有完整意義上的新的感官。

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（評論區有人指出文章內並沒有真正意義上創造新的感官，是我的表達鍋_(:D)∠)_所以寫了最後一段希望可以彌補一下，我是很看好這項技術的前景的，如果投入資金充足，進展肯定是巨大的。另外，最近幾年生物方面的成就層出不窮，頓時有了一種我大生物終於要崛起了是錯覺哈哈哈）
（寫的不好，請多多包涵_(:D)∠)_

2016年8月26日，逍遙法外28年的連環強姦殺人犯高承勇落網。「中國四大謎案」之首的白銀案告破。破案的關鍵是『Y-STR基因檢測』技術。（卓老闆聊科技對此有精彩講述）

『白銀案』---- 在甘肅省白銀市，從1988年至2002年的14年間，先後發生了9起女性慘遭入室殺害的案件，兇手專挑年輕女性下手，作案手段及其殘忍。其間，內蒙古自治區包頭市昆都侖區也發生過兩起類似案件，共計11起。

高承勇1988年-2002年，在14年間，在白銀市和包頭市連續先奸後殺11人，且都選擇穿紅衣服的女子。在很長一段時間造成白銀市民的恐慌。2002年後收手不幹，終於在2016年通過Y-STR的基因技術找到了線索，被抓獲。
高承勇1983年和1984年兩次高考失利，報考飛行員也因家庭中地主的成分沒有通過政審。民間傳言他女友因此提出分手，他懷恨在心。因為前女友愛穿紅色衣服，在此後的連環殺人案中均選擇紅色衣服的被害人，當時白銀市年輕女性都不敢穿紅色衣服。
長達28年的偵查跨度，採集指紋多達23萬枚，但沒找到兇手。
高承勇的叔叔2016夏天在外地因為行賄被抓，警方按流程採集了他的Y-STR信息，測試結果竟然和白銀市連環殺人案的Y-STR信息吻合。警方查閱了高家家譜，鎖定了高承勇。

『Y-STR基因檢測技術』Y-STR是存在 Y 染色體上的串聯重複序列（short tandem repeat，STR）具有三大特點：

1. 正常男性特有。Y 染色體為男性特有，而且在男女混合樣品的鑒定中，可對男性成分進行精確分析，不受女性成分的干擾。
2. 父系遺傳。除突變外，同一男性家系中的所有男性個體 Y 染色體非重組區是相同的，STR 基因分型結果一致。
3. 呈單倍型遺傳。 Y-STR 基因座均位於同一條染色體上，在減數分裂中不發生重組，呈連鎖單倍型遺傳，對單拷貝Y-STR 基因座，每個男性個體僅有一個等位基因。若現場檢材的 Y-STR 分型單個基因座上檢見兩條以上譜帶，可在一定程度上提示混合樣本中的男性人數。

說回人話，Y-STR 由於其父系遺傳的特點，無需拿到犯罪嫌疑人本人的DNA材料進行精確對比，只需要擁有其父系親屬的DNA，就可以確定嫌疑人是其本人或者親屬 。它就像一棵參天大樹，它的根是一樣的，利用Y-STR染色體找到的樹根，完了順著它的這個樹榦，找到目標樹葉。

只要資料庫量足夠大，信息、數據比對在幾秒鐘之內就能完成。基於 Y-STR分型技術的家系排查法可以快速縮小範圍，加快破案進程，大量的陳年懸案都有可能被告破。通過積累有案底的犯罪分子的DNA信息，還可以高效的在相隔幾千公里發現逃竄多年的嫌疑人。新生兒出院前採集DNA信息入庫，可以解決今後很多問題：失蹤人口確認，拐賣兒童父母找回，骨髓移植配型，器官移植配型，犯罪分子監控，基因+資料庫的方式批量解決的效率非常高。

遇害者親屬裡面，已經有一家「絕戶」，而另有一家也只剩下了一個人。崔向平在姐姐崔金萍遇害時還是個16歲的高中生，如今已是35歲的成年人。他的父親在女兒遇害後鬱鬱寡歡，三年多以後就因病去世了，時年才51歲；母親天天以淚洗面，生活不能自理，直到次年夏天才能下床。崔向平甚至燒掉了姐姐的所有照片，以避免勾起母親的傷心回憶。但崔金萍的母親王彩花說，她仍然希望能活到真兇落網那一天。她等到了。

感謝大家的贊，讓更多人得以了解這項科技，也讓潛在犯罪分子不再心存僥倖。

近期還有一個物理學的黑科技，一項只屬於神的能力『隔空取物』已經在實驗室里實現了。具體介紹在這裡知乎用戶：物理學領域有哪些黑科技？

另一個有趣的回答柳五：人類都有什麼細思極恐的細節？

說一下我們接觸過的三個「黑科技」

第一個「黑科技」：「人造皮膚」。

你或許沒有注意過，人的皮膚有著許多神奇的特性，譬如可拉伸性、生物降解性和自我修復性，這些是目前的電子材料所不具備的。

而斯坦福大學鮑哲南教授就受這些特性的啟發，從中汲取靈感去研製新材料，從而改變電子工業界發展的方向。

她參與研製的柔性電子材料真的已經越來越接近人體皮膚了。譬如皮膚的可拉伸性就做到了，下圖就展示了一種即使使用尖銳物刺也依然能夠導電的材料：

而又譬如皮膚的自我修復性，據鮑哲南所述，她參與研製的一種材料在被切成一半後，在30分鐘內會慢慢自我癒合:

最神奇的是，她還研究了一種能給神經傳導觸覺的人工皮膚，利用碳納米管、有機電子材料和光控基因技術等前沿科技的整合，可以響應壓力變化，並可以向神經細胞發送信號。

我們的採訪文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/22647474

第二個黑科技，火星移民必備 - 「人工光合作用」

是的，你沒看錯，人工的光合作用，讓人造材料實現綠葉能完成的功能，把二氧化碳變廢為寶！

加州大學伯克利分校的楊培東團隊在人工光合作用方面取得了劃時代的科研成果 —— 通過將納米導線與生物催化劑（工程菌）結合，建立出了一個具有相同功能的人工系統，首次模仿綠葉複製了光合作用的過程。

在自然界中，植物利用太陽能將二氧化碳和水轉化成碳水化合物。不過，人工光合作用的想法則是將二氧化碳和水轉換為醋酸酯（acetate），後者是今天很多生物合成反應的基礎。

最早，楊培東團隊在與美國能源部提出生物催化劑的概念時，曾被當成了玩笑。但當他們發表論文驗證這個概念可能性時，卻引起了巨大的轟動！儘管，他們的能源轉化效率（太陽能到化學能）只有0.4%。

在楊培東後續的研究中，他們將能源轉化效率提升到了10%，是自然界光合作用效率的20倍（自然光合作用效率約0.5%）。他們的公式是：

陽光 + 水 + 二氧化碳 = 甲烷 + 氧氣

這是火星移民的必備黑科技！

也可能將未來變成光子時代，完全替代生物燃料，徹底解決二氧化碳排放過量引起的溫室效應。

我們的採訪文章 https://zhuanlan.zhihu.com/p/22710382

第三個黑科技，告訴你這個「味道」是什麼味道？

先問一個問題，乙醇是什麼味道？

「是一種獨特的芳香刺激性氣味」

那麼獨特的芳香刺激性氣味的什麼味道？

天了嚕....不知道....

Aromyx這項技術可以告訴你，受2004年諾貝爾生理學或醫學獎的啟發，他們開發的一塊測試板(GPCR microarray)，上面有384個小孔。每一個小孔里裝著克隆出來的不同受體蛋白，各對應著人的一種嗅覺分子,基本是模擬了人的鼻子。
384個小孔便對應384種氣味分子。在把被測試的氣體導入到測試板上，如果氣味被某個嗅覺感受器感知的話，對應的小孔里的蛋白質就會被激發出熒光。

接下來可以通過一些通用儀器可以測定熒光的強度，便可以衡量這一氣味的味道。

將氣味和味道電子化的原理一致。

為什麼覺得這個黑科技呢？
這基本和照相機的發明一樣有意義，我們可以存儲一種味道了！
這意味著我們可以，我們未來可以精確的模擬人類的視覺、聽覺、觸覺（?）、嗅覺和味覺。

有沒有想起谷歌的愚人節玩笑谷歌鼻子？
視頻封面谷歌鼻子【Google Nose】官方宣傳片—在線播放—優酷網，視頻高清在線觀看視頻
我們的採訪文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/22868902

以上的成果基本都是（准）諾貝爾獎級別的科技。

TCP/IP

為什麼都沒有人說這個，當我第一次學的時候，深深的被折服了。

當年TCP/IP發明時候的標準就是，核彈炸不壞的網路。
而且真的就誕生了。

或者是因為用得太多，所以顯得平常么？
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我就隨便說說，居然有人贊誒。。。
為了不浪費大家的表情，我就說說吧。
全憑記憶，說錯了記得幫我指出下，謝謝。

第一個互聯網的誕生需要追溯到20世紀60年代。
那時候正是冷戰最嚴重的時代。
特別是古巴導彈危機之後，整個世界都處於核戰一觸即發的狀態。
當時的美國國防部意識到，不能把軍事指揮中心都集中在一個地方，否則一旦指揮中心被蘇聯的核彈摧毀，整個國家的軍事指揮體系就會崩潰。所以需要一個分散的指揮系統。而分散的指揮系統需要通過足夠健壯的通訊網路連接起來。同樣，這個通訊網路不能有中央伺服器，理由同樣是害怕被一鍋端。

在這個目標下，全球的第一個互聯網誕生了。
-----------------------------------以下內容來自百度百科------------------------------------
1969年11月，美國國防部高級研究計劃管理局（ ARPA 全稱： Advanced Research Projects Agency ）開始建立一個命名為ARPAnet的網路，但是只有4個結點，分布在洛杉磯的加利福尼亞州大學洛杉磯分校、加州大學聖巴巴拉分校、斯坦福大學、猶他州大學四所大學的4台大型計算機。選擇這四個結點的一個因素是考慮到不同類型主機聯網的兼容性。對arparnet發展具有重要意義的是它利用了無限分組交換網與衛星通信網。通過專門的介面信號處理機(IMP)和專門的通信線路，相互連接把美國的幾個軍事及研究用電腦主機聯接起來。起初是為了便於這些學校之間互相共享資源而開發的。ARPANET採用了包交換機制。當初，ARPAnet只聯結4台主機，從軍事要求上是置於美國國防部高級機密的保護之下，從技術上它還不具備向外推廣的條件。最初，ARPAnet主要是用于軍事研究目的，它主要是基於這樣的指導思想：網路必須經受得住故障的考驗而維持正常的工作，一旦發生戰爭，當網路的某一部分因遭受攻擊而失去工作能力時，網路的其他部分應能維持正常的通信工作。ARPAnet在技術上的另一個重大貢獻是TCP/IP協議簇的開發和利用。作為Internet的早期骨幹網，ARPAnet的試驗並奠定了Internet存在和發展的基礎，較好地解決了異種機網路互聯的一系列理論和技術問題。

到了1975年，arpanet已經連入了100多台主機，並結束了網路試驗階段，移交美國國防部國防通信局正式運行。在總結第一階段建網實踐經驗的基礎上，研究人員開始了第二代網路協議的設計工作。這個階段的重點是網路互聯問題，網路互連技術研究的深入導致了TCP/IP協議（中譯名為傳輸控制協議/網際網路互聯協議）的出現與發展。到1979年，越來越多的研究人員投入到了tcp/Ip協議的研究與開發之中。在1980年前後，arpanet所有的主機都轉向tcp/IP協議。到1983年1月，arpanet向tcp/ip的轉換全部結束。同時，美國國防部國防通信局將arpanet分為兩個獨立的部分，一部分仍叫arpanet，用於進一步的研究工作；另一部分稍大一些，成為著名的MILNET，用于軍方的非機密通信。
------------------------引用結束--------------------------

這能算是第一個被人類發明出來的並且無法被敵對國家摧毀的產物么？

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再補充一句：
TCP/IP協議的發明者Vinton Cerf和Bob Kahn憑藉著TCP/IP通信協議而獲得了2004年度圖靈獎。

當然是美國60年代就發明的SR-71「黑鳥」偵察機了。1964年12月22日首飛，1966年開始服役。最大速度每小時超過3500公里，從紐約飛到倫敦不到兩小時。黑鳥大部分由鈦構成，理論上由於採用隱身設計在雷達的反射面非常小，然而高速飛行時具有巨大的紅外特徵在幾百公里外就會被雷達發現。不過由於黑鳥飛的比導彈還快擺脫了上千次導彈的攻擊至今沒有一架被擊落過。最大升限可以超過3萬米的高空，作戰半徑達5400公里。一小時內黑鳥就能完成對面積達324000平方千米的地區的光學攝影偵察任務。形象地說，它只需要6分鐘就可以拍攝得到覆蓋整個義大利的高清晰度照片。黑鳥共製造了32架，由於偵察衛星的發展剩下的20架在1998年被永久退役，但至今依然沒有任何一架飛機打破黑鳥創下的高速紀錄：

EUV極紫外線光刻機

這應該是目前世界上已知的最前沿的黑科技。

現在市面上很多半導體器件，如cpu、emmc、ufs，有時會標註工藝製程為14nm，28nm等等，這裡的nm製程所指的是MOS管實際製造結束時的柵級溝道寬度（感謝 @你猜指出描述中的錯誤）。寬度越小，在同等器件的面積上能容納的MOS管就越多，也就能在不增加面積的情況下，使半導體器件的性能翻倍。

而在半導體製造過程中，決定柵極溝道寬度的關鍵就是光刻機。

由於《瓦森納協定》的約束，此類製程的光刻機禁止向中國企業出口。(根據 @田葉新的建議，已修改)

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光刻機_360百科：

光刻機/紫外曝光機(Mask Aligner) 又名:掩模對準曝光機，曝光系統，光刻系統等。常用的光刻機是掩膜對準光刻，所以叫 Mask Alignment System.

一般的光刻工藝要經歷矽片表面清洗烘乾、塗底、旋塗光刻膠、軟烘、對準曝光、後烘、顯影、硬烘、刻蝕等工序。

Photolithography(光刻) 意思是用光來製作一個圖形(工藝);

在矽片表面勻膠，然後將掩模版上的圖形轉移光刻膠上的過程將器件或電路結構臨時"複製"到矽片上的過程。

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ASML在2017年4月19日公布的2017第一季財報。ASML第一季營收凈額19.4億歐元，毛利率為47.6%，EUV極紫外光微影系統的未出貨訂單則累積到21台，價值高達23億歐元。預估2017第二季營收凈額將落在19~20億歐元之間，毛利率約為43~44%。

荷蘭光靠ASML，養活了大半個國家的各個產業。

EUV不僅代表了下一代半導體技術，也是目前能夠大規模商用化的最尖端技術。

深度 | 半導體巨頭押注的 EUV 光刻，真能拯救摩爾定律嗎？（上）深度 | 半導體巨頭押注的 EUV 光刻，真能拯救摩爾定律嗎？（下）

————————我只是搬運工，版權屬於原作者以及雷鋒網————————

深度 | 半導體巨頭押注的 EUV 光刻，真能拯救摩爾定律嗎？（上）

本文作者：奕欣2016-11-09 15:33

導語：戈登·摩爾所提出的摩爾定律，一直環繞著偉大而悲慘的光環：它似乎總在觸碰半導體工藝的極限，卻又在即將衰亡時因黑科技的拯救而重獲新生。

編者按：當價格不變時，集成電路上可容納的元器件的數目，約每隔 18-24 個月便會增加一倍，性能也將提升一倍。戈登·摩爾所提出的摩爾定律，一直環繞著偉大而悲慘的光環：它似乎總在觸碰半導體工藝的極限，卻又在即將衰亡時因黑科技的拯救而重獲新生。

如果光刻技術要數現代集成電路上的第二大難題，那麼絕對沒有別的因素敢稱第一。目前，193nm 液浸式光刻系統是最為成熟的技術，它在精確度及成本上達到了一個近乎完美的平衡，短時間內很難被取代。不過，一種名為極紫外光刻（EUV 光刻）的技術半路殺出，成為近年來英特爾、台積電等晶元公司追捧的新寵。有人認為 EUV 光刻能夠拯救摩爾定律，但事實是否真的如此？本文分上下兩篇，首發於 IEEE，作者 Rachel Courtland，雷鋒網搗泥、何忞及奕欣編譯，未經許可不得轉載。

EUV實地測試：在位於紐約阿爾伯尼的紐約州立大學理工學院里，這台EUV光刻機（型號ASML NXE: 3300B）被用來刻出晶元表面的容貌。從圖中這台設備前方的靠底部位置，可產生用來曝光晶圓表面的EUV光。機器遠端連接了一條導軌，可以給晶圓在曝光前覆上塗層，並處理曝光後的工作。

即使你穿了兔子套裝一樣的超凈服並置身 Fab 8 其中，你還是很難想像它有多大。位於紐約阿爾伯尼北部山林中，價值 120 億美元的 GlobalFoundries 製造中心，成行成列地擺放著高大的機器。如同倒掛的微型過山車一般，天花板上的軌道里，有裝載晶圓的運輸設備從頭頂呼嘯而過。如果時機湊巧，你就可以見證運輸設備把晶圓裝載到生產設備的過程。隨之，產品就將迎來三個月的生產周期，設備會把盤子大小的裸硅晶圓加工成可用在智能手機、電腦和伺服器裡面的晶元。是的，如果在公曆新年開始製作一個微處理器，可能要等到春天才能完成。

ASML

機器內部：EUV 的產生，需要把二氧化碳脈衝激光發射到管道中，並在管道中與微型的錫液滴碰撞，進而產生等離子體。

這台位於 ASML 荷蘭費爾德霍芬總部，經過特殊組裝的EUV光刻機，是該公司最新的產品之一

光刻是工廠的心跳

在這種先進位造過程中，一塊晶圓要經歷至少 60 次這樣的錘鍊：表面被覆上光敏材料，隨後進入一個密閉光照的光刻機。在其中，經過一道名為「光蝕刻」的工藝，激光會打在預製刻有線路的平板上，隨後在晶圓表面投射出被縮小的線路。由此可以產生超級精密的線路，以便製成精密半導體和導線電路，成為最先進的處理器的內部構造。

幾乎沒什麼特點能把這些光刻機從其他無數自動設備的海洋中區別出開來，也不會有什麼紅色的標識牌閃亮著標明「此處為重要工序」。但 Fab 8 的總經理 Tom Caulfield 解釋道，光刻「是工廠的心跳」。

如果把這些光刻機當作是摩爾定律的前沿陣地，人們就會更容易意識到，在五十多年中，不斷把集成電路的半導體密度翻倍，代表了多麼驚人的工藝進步。數十年來，包含光蝕刻在內的一系列持續而顯著的突破，使得晶元廠商可以不停地縮小晶元工藝、維持研發周期並相對經濟地把更多晶體管放到晶元里。這些進步使得我們可以從上世紀七十年代，晶元有幾千個晶體管的情況，發展到如今的幾十億個。

但為了行業持續的良性發展，GlobalFoundries 和其他晶元界領軍公司卻不能只依賴以往的高端光蝕刻技術。為此，他們正冥思苦想，意圖進行一次重大的也是最具挑戰性的轉變。

從行業創立之初，半導體光蝕刻就是通過電磁波輻射，即光照，來實現的。但半導體企業現在看重的技術里，輻射變成了另外一種東西。它的名字叫極紫外光（EUV），但不要被這個名字所迷惑。與當前的光刻機不同，EUV 無法在空氣中傳播，也不能通過透鏡或者傳統鏡面聚焦。

EUV 的產生也很是困難。首要的一步，是將激光照向一束快速射出的熔融態錫液滴流。此舉是為了讓製造出的光刻機能使用 13.5nm 波長的光（這種波長是當前最先進機器所用波長的十分之一），進而光刻機可一次完成以往需要多次曝光的蝕刻，從而為半導體公司節省成本。

ASML

光刻機內部：為了實現 EUV 光刻，工程師們只能讓透鏡靠邊邊了。一系列反射鏡可以把 EUV 輻射從光刻機的光源位置（右下方）傳輸到光掩模板上。掩模板上帶有需要蝕刻的線路，並可將 EUV 傳遞到晶圓上。附加的導軌（左側，未出現在圖中），負責晶圓在光刻機的運入和運出。掩模板有自身獨立的出入口。

但是，創造一個亮度和可靠性足夠，且能在工廠每天 24 小時、全年不間斷運行的 EUV 系統是一個著名的工程難題。多年來，EUV 技術遇到了很多質疑和無數次的失敗，但是如今，它離實現只有一步之遙了。

EUV 光刻技術

現在，科技的發展的確到了一個轉折點。荷蘭的光刻工具製造商 ASML Holding 生產的 EUV 光源即將開始商業化投產。作為技術領航人的 ASML 公司，目前已經開始發貨 EUV 光源，預計在 2018 年可實現最新的微處理器和存儲器的批量生產。世界最先進的晶元製造商正在籌備將這些機器應用到自己的生產線中。

這樣做的風險很高。摩爾定律正在面臨巨大挑戰，沒有人能確定去年總產值為 3300 億美元的半導體產業將如何引導 5 年或是 10 年內的發展，也無人知曉「後摩爾定律」時代的半導體行業未來會是什麼樣子，利潤的下降也可能是無法避免的。但是如果摩爾定律能有效地避免半導體行業營業額下降，即使只有 15%，它的現金流仍然是整個美國遊戲產業營業額的兩倍。

光蝕刻系統製造的精細程度取決於很多因素。但是實現跨越性進步的有效方法是降低使用光源的波長。幾十年來，光刻機廠商們就是這麼做的：他們將晶圓曝光工具從人眼可見的藍光端開始逐漸減小波長，直到光譜上的紫外線端。

圖中是 ASML 公司產品上的曲線和折角。EUV 與現在使用的 193nm 光源的多重成像技術（左）相比，保證了產品有更加尖銳的形狀（右）。圖中線的最小寬度為 24nm。。

80年代後期，半導體行業開始用激光代替汞燈作為光源，將波長從365nm 降低到 248nm。但是一些研究者們已經開始計劃一個更大的進步——向X射線範圍挺近。當時就職於日本電信公司 NTT的 Hiroo Kinoshita 在 1986 年發表了使用 11nm 射線的結果。另外還有 ATT 公司的貝爾實驗室和 Lawrence Livermore 國家實驗室也分別實踐了這種技術。1989 年，一些相關研究學者在光蝕刻學術會上碰面並交換了研究思想。再後來，相關的研究開始得到國家和行業內的贊助。

90年代後期，ASML 公司和其他一些合作夥伴開始研究後來廣為人知的技術——EUV 光刻技術。也是這個時候，在 ASML 公司荷蘭總部 Veldhoven 小鎮長大的 Anton van Dijsseldonk ，成為了公司開展該項目的第一個全職僱員。van Dijsseldonk 回憶道：「摩爾定律的終點已經被大家所預見到了。半導體行業一直都在尋找方法來保持技術革新和進步。晶元製造商們也在努力改進套刻技術——將晶片從光刻機中加工取出後再放入其中，並在原來的位置精準地印刷出下一層圖像。那時的人們都在尋找不同的方法，而 EUV 就是裡面較為不同的一個。」

但是從一開始，ASML 公司 EUV 項目的研究者們就堅信這個技術可以實現，並且這個技術會成為晶元製造商們最划算的選擇。不到十年的時間，ASML 公司決定做出一個 EUV 光刻機樣機，使其他研究者們可以測試這種方法。

但是，EUV 技術是非常困難的。在使用波長近乎為X光的射線去蝕刻時，物理學知識並不能為工程師幫上多少忙。對於公司最終選擇的 13.5nm 波長射線，這種光可以輕易地被很多材料吸收。van Dijsseldonk 補充道：「即使我們呼吸的空氣也是完全的黑色，因為它也吸收了最後一點射線。」所以他和他的團隊很早就意識到，EUV 光刻機只能在真空下運行，晶圓通過一個氣閘進出光刻機。

之後接踵而來的就是讓射線彎曲的問題。EUV 也能被玻璃吸收，所以在機器中改變其走向，需要使用反射鏡來代替透鏡，而且還不能是普通的反射鏡。普通打磨鏡面的反射率還不夠，所以他們必須使用布拉格反射器（Bragg reflector，一種多層鏡面，可以將很多小的反射集中成一個單一而強大的反射）。

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深度 | 半導體巨頭押注的 EUV 光刻，真能拯救摩爾定律嗎？（下）

在上篇，雷鋒網(公眾號：雷鋒網)主要介紹了光刻製造技術的發展歷程，在接下來的文章里，雷鋒網將為大家繼續介紹 EUV 技術拯救摩爾定律的探索。

EUV 的商業化之路

如今，ASML 的EUV 機器里的鏡面由 40 對交疊的矽片和其上覆蓋的鉬層組成，每一層只有幾納米厚。 Zeiss 公司是這些鏡面的製造商，他們將這些非球面表面加工地非常精確。但是 van Dijsseldonk 說：「如果一切都做的非常完美，那麼可以得到一個反射率 70%的鏡面。這個反射率代表著，光源通過該系統中的每一對鏡面時都會減半。光刻機在把 EUV 光線從光源照射到掩模板上的時候，很容易就會用到好幾個鏡面；而掩模板本身也是一個鏡面，經過它光線才會照到晶圓上。所以，一個EUV 光束在經過長途跋涉後，只有不到 2%的光線能保留下來。

到達晶圓的光線越少，晶圓在光刻機中停留曝光的時間就要越長。然而在工廠里，時間就是金錢。為了使EUV 能實現商業化投產，這個技術需要與已有的光刻技術比拼成本高低。所以，為了彌補鏡面反射過程中的損耗，射線光源必須非常強。這一點在實踐中也被證明，對於工程師來說是一個極大的挑戰。

在研究早期，EUV 研究者們使用了他們能想到的所有東西來生成 X 射線，包括激光器和粒子加速器。但是其中最有效且經濟的得到足夠亮度的方法，需要用到等離子體。使用正確的材料和足夠強的激光器或電流，就可以將電子從其附著的原子中分離出來。由此產生的等離子體在從超熱滴狀態冷卻到之前的穩定狀態過程中，就會產生 EUV 輻射。

等離子光源在反覆使用過程中，需在中心焦點達到 250 瓦特的功率，這個中心焦點也是 EUV 光進出光刻機的位置。這種強度的光可以使機器每小時處理約 125 個晶片，其批量處理的效率僅有現今使用的高級 193nm 技術的一半。

但是多年以來，這種技術的進展一直很緩慢，光照亮度的提升始終未能達到人們的預期。直到 2011 年，也就是 ASML 公司將它的第一台光刻機樣機交付給兩個客戶後的第五年，總部在聖迭戈的世界領先的光源製造商 Cymer 才成功地製作出一個能持續提供 11 瓦特功率的光源。ASML 的EUV 產品市場負責人 Hans Meiling 說：「我們可能低估了它的難度。」最後為了加速發展，ASML 公司在 2013 年用 31 億歐元收購了 Cymer。

為了製作 EUV 光，Cymer 使用了一種叫做「激光等離子體」的方法，這種方法是在一個真空腔體中，用源自金屬切割技術的放大器，產生強大的二氧化碳激光，通過腔體，照射一束每秒被發射出5萬滴的超純錫液滴。當激光脈衝照射到錫液滴時，液滴會被加熱成等離子體併產生EUV射線。接著，一個反射鏡收集器將該過程產生的光線反射到光刻機中。因為這種方法在產生 EUV 光時也產生了錫碎片，所以還要持續為反射鏡收集器噴射氫氣，以保證它不會被一層錫所覆蓋。

於2013年加入 ASML 公司 EUV 光源項目的成員 Alberto Pirati 承認說：「我第一次聽到這種做法時，覺得他們一定是瘋了。」但是，一點一點地，這個團隊似乎慢慢實現了這個看起來不可能的想法。其中一個最大的突破來自於 Cymer 在被收購之前實踐的一項技術。他們發現，如果在主激光器開啟前先發射一次預脈衝激光，就能把錫液滴鋪平，為主激光器創造更大的接觸面積，從而生成更多的等離子體。這個改變使得激光到 EUV 的轉化率從剛夠 1%提高至 5%。今年上半年，因為預脈衝的方法和其他一些改進，ASML 公司報道說，他們在實驗室中光源已經達到了 200瓦特的功率。另一個光源製造商 Gigaphoton 也聲稱有巨大進步。我們期待已久的250瓦特功率的目標看起來並不遙遠了。但是 EUV 技術是否能夠投入生產的真正考驗，出現在 ASML 晶元廠客戶的實驗室、加工廠和報表上。

沒有人質疑 EUV 機器能實現的高精度。如果你參加一個半導體行業大會，你很可能會看到一些展示，將 EUV 技術製作的清晰微小線路，和目前傳統技術做出的模糊線路進行比較。

但是現在的問題是，EUV 在主流商業晶元的批量生產中會扮演怎樣的角色？它什麼時候才會真正登場？當然，採用 EUV 技術的成本高得嚇人。發言人 Niclas Mika 表示，最新 EUV 機器的價格超過 1 億歐元，是現有常規 193nm 光刻機價格的二倍多，並且機器的高度與寬度相當於一輛紐約的巴士，需要用多台 747飛機運輸。客戶評估書中標明，使用該機器進行大批量生產時會消耗 1.5 兆瓦的電力，遠超現有的 193nm機器。

（組圖）ASML

液滴的進化：為了生成 EUV 光，熔融的錫液滴被激光脈衝擊中後，變得扁平；之後被激光二次擊中，變成可以輻射 EUV 射線的等離子體。

但是，一個簡單的規格比較並不能顯示出全部的生產成本。現今高級的 193nm 光刻技術可以生產的晶元，工藝可以達到波長的一小點。

這個技術的形成離不開兩個主要的突破。第一個突破是浸液式光刻，即是將水放在晶圓和鏡頭之間。第二個突破是多重成像，即是將一層成像的過程分解成兩步或多步。比如，要製作一組距離非常靠近的洞，一個晶片需要在光刻機中處理一次，加工成品的一半，接著再重複一次，少許錯位後，加工另一半。因為晶圓的定位可以做到很高精度，所以工程師們可以完成比之前一步成像下間距更小的成像。從原理上說，成像步數越多，成像越精密。但是每增加一步，就會使晶元製造成本變得更加高昂，程序更加複雜。

GlobalFoundries 在製作 14nm 級別晶元的時候，使用的是 Fab8 裡面最先進的三重蝕刻法。也就是說，針對某些關鍵的晶元內層，晶元要經受光刻機和其他設備的兩次額外蝕刻。據該公司在阿爾伯尼紐約州立大學理工學院，負責評估多重光刻技術的 George Gomba 以及其他 IBM 的同事透露，他們正計劃在下一代 7nm 產品上，使用四重光刻法。

截至目前，GlobalFoundries 計劃在 2018 年推出 7nm 晶元的時候暫不使用EUV，但是在該項技術成熟的時候，依舊保留其應用到生產的可能性。對於 Gomba 和他的同事而言，EUV技術是否使用的關鍵點，就是它能否和多重光刻在成本上打個平手。這個問題很難回答，因為實際的成本取決於太多因素，比如EUV光源亮度可以到達何種程度、EUV 光刻系統正常運行時間（機器實際可工作時間比）有多少。

Mark Montgomery/ ASML

錫動力：為了生成EUV，ASML 的光源需要用脈衝激光，照射快速射出的錫液滴流。這個過程始於加工車間的地下，在裡面可以生成兩組激光脈衝。每個錫液滴先被一束預脈衝照射，變平；然後再由主脈衝照射，被加熱後生成等離子體。裝置里有一面收集反射鏡，負責將生成的射線導入到光刻機中。

巨頭入局
在 EUV上面燒錢的不只是 GlobalFoundries 和 IBM 兩家。2012 年，英特爾、三星和台積電（TSMC）為 ASML 的下一代光蝕刻技術募集了 13.8 億歐元的研發經費，同一項合約中，ASML也用無投票權的股份換取了 38.5 億歐元。ASML 的 Meiling 估計，公司里大約有 4000 名專註 EUV 項目的員工，這還不算其他半導體公司和自身有 EUV 項目的研究機構里的人數。

對 EUV 技術下了如此大手筆，不僅是因為技術本身的難度，更是因為半導體廠商愈發堅信，在不久的將來，他們很可能會因為沒有 EUV 技術而止步不前。如果你去問台積電負責 EUV 光蝕刻開發的 Anthony Yen，EUV 對於摩爾定律的重要性時，他一定會非常肯定地強調：「肯定重要。百分之一百重要。非常非常重要。」台積電希望自家的 5nm 工藝晶元產線能在五年後使用上EUV技術。

至於現在，EUV 還存在一些工程上的挑戰。Yen 面對的首要問題就是保護掩模板（像模板一樣的平板，上面有待印刷的圖案）。如同EUV光刻機裡面的其他元件一樣，掩模版也是帶有反射性的。於是，棘手的反射係數又成了問題。

在 193nm 的浸蝕機中，掩模版由一層被稱為護膜的薄膜保護著。這層薄膜距離掩模版有一點懸空的距離，像保鮮膜一樣緊繃在上方。在當前的工藝尺寸下，一個肉眼看不見的小灰塵，仍然可以影響幾百個晶體管的曝光。多虧了光學技術的發展，如果有一粒灰塵落到了保護膜上，保護膜就會因為無法聚焦而不能在晶圓上形成圖案。

不過 193nm 的護膜並不是為 13.5nm 的光所設計的；因為在這種波段下透明度不夠高，EUV 很快就會損壞護膜。ASML 原計劃製造不帶護膜的光刻機，但是晶元廠商還是擔憂可能帶來的問題。「如果一粒灰塵落到了掩模版上」，Yen 解釋道，「晶圓上面的每一塊晶片都會被損壞，最終良品率可能為零。」日積月累後，取決於生產的晶圓數量，可能損失掉價值幾萬甚至幾十萬美元的晶元。

於是，ASML 便開始了持續的研究，意圖製造出能夠抵抗 EUV 破壞的護膜。這種護膜的透光度必須儘可能地高，這樣光源在到達掩模版的時候就可以幾乎不發生損耗。這種情況下難度幾乎翻了一倍：因為 EUV 的掩模版反射係數比透射係數要高，所以光必須穿過護膜兩次：一次進入，一次反射出。

在潛在客戶接納 EUV 技術之前，這項技術還有一些其他的挑戰需要解決。其中一個就是製作無錯的 EUV掩模版，並用高效的方式驗證這塊掩模版是完美無暇的。另一個問題是光刻膠，它是一種光敏材料，被覆在晶圓表面，接收掩模版的圖案。

現在使用的光刻膠，即化學放大光刻膠，由分子鏈聚合而成，可以增強入射光子的效果。但是 EUV 光刻膠創業公司 Inpria 的 CEO Andrew Grenville 解釋道，這些材料對 EUV 的吸收效果並不好。此外，由於入射光引起的放大反應在材料內部散射，光刻膠形成的圖像會有輕微模糊。為了能實現比當前技術更精細的線路圖案，Grenville說，「你必須有尺寸小得多而且更可靠的製造模塊」。Inspria 正在努力研發一種新型光刻膠，它由更小的錫氧化物組成，吸收 EUV 的效果是之前的五倍，而且線路圖案也不會受放大影響。

這些技術還來得及讓摩爾定律永久或者短期地存續下去嗎？光蝕刻專家 Chris Mack 對於這些技術在 2018 年能被半導體廠商採用，深表懷疑。新一代晶元的生產計劃往往提前好幾年就會開始。他評論到，在短短几年內就承諾能用上 EUV，「風險太高」。

Mack 是著名的 EUV 技術批判者，還曾用他的蓮花跑車同這項技術打賭。不過他也承認 EUV 技術還有「一丁點希望」。半導體廠商在步履艱難地減小線路尺寸的同時維持成本；每一代晶元成功流片的時間拉的更長；晶元工藝尺寸的減小也不像以往那樣激進。這些困難可能會給 EUV 一個機會，他說：「摩爾定律的變緩可能真的會給 EUV 足夠的時間迎頭趕上。」

足夠的時間，也就是在摩爾定律被成本折磨到止步之前。Mack 說，EUV 當然可能會走到它被廣泛接受而且能降低生產成本的那一天。但他也說，到了那個時候，下一代的先進晶元的製造成本可能過高，而所帶來的性能優勢不夠明顯，以致於半導體廠商不會選擇這種技術。Mack 還表示，現在已經出現了上一代晶元製造工藝存活時間更久的情況，「我覺得我們可能看到市場的分化，許多公司在從事不同的業務。」

如同過去一樣，摩爾定律的命運不僅取決於晶元工藝的尺寸，也取決於物理學家和工程師，對生產出的晶體管和電路可以改善到何種程度。即使從一束快速激射出的錫等離子體上發出的亮光，也不能明示，世間最偉大的技術蟬聯取勝會到何時終止。但它可能會為前路照亮一點光。

人造子宮

美國科學家用塑料袋造子宮，羊胎在其中孕育4周順利「出生」
8隻羊羔胎兒在塑料袋裡安然生活了4周，並順利「出生」，會動，會睜眼，也會吞咽。這個塑料袋，就是美國費城兒童醫院（CHOP）的科學家發明的人造子宮。

http://m.thepaper.cn/newsDetail_forward_1671969?from=singlemessage

如果用於人體將徹底改造人類社會，男人離不開女人還是女人離不開男人這個千古迷題才會揭開謎底。

圖在首贊里就有啊。

應該……沒偏題吧。

史上「最黑」材料問世：黑到看不見

英媒稱，英國一家公司生產出了「奇異的、與眾不同的」物質，非常之黑，以至於它能吸收幾乎所有的可見光，創造了新的世界紀錄。這種「超黑」塗層由碳毫微管組成，每個碳毫微管都只有人類頭髮的一萬分之一細，凝視這種塗層是古怪的經歷。它太黑了，以至於人類的眼睛無法理解看到的東西。形狀和輪廓缺失了，只留下看起來像一片深淵的物質。

英國《獨立報》網站報道稱，如果用它來製作一件香奈兒的小黑裙，穿衣者的頭和四肢可能看起來像靈魂般地漂浮在裙子形狀黑洞的四周。

它的實際用途更為嚴肅，可讓天文照相機、望遠鏡和紅外掃描系統運行得更加有效。還會有一些軍事用途，不過該物質的生產商英國薩里納米技術系統公司未被允許討論這方面的用途。

這種毫微管物質名為「Vantablack」，它曾被這家位於紐黑文的公司在鋁箔紙上進行培育。儘管這些鋁箔紙可折成微型山川河谷，但在覆蓋了這種物質的區域，這些地貌會消失。該公司技術總監本·詹森表示：「你以為會看到山川，但是看到的只是黑色，像一個洞，好像那裡什麼也沒有。看起來特別奇怪。」

當被問及製作小黑裙的前景時，他表示，那會「非常昂貴」，該物質的費用也是他不能透露的情況之一。他說：「裙子所有的特徵都會失去。就像有穿透性的黑色。」

美國《光學快訊》雜誌描述了Vantablack，它本周將在法恩伯勒國際航空展推出，將以一批毫微管打包在一起的形式推出，就像一些細得不可思議的吸管。這些毫微管太小了，因此光粒子無法穿過它們，但可以穿過它們之間的空隙。不過，一旦進入，幾乎所有的光都會在其中彈跳直到被吸收。

Vantablack的實際用途包括校準可用於拍攝宇宙最古老物質的照相機。要想拍出這種照片，需把照相機對準儘可能黑的物質。

我也來網上衝浪啦！
東東是醬紫的。

幾年前的舊科技，不過現在看來也挺黑的。
激光竊聽器，無需在被竊聽人員周圍安裝任何道具，只需要在被竊聽人員房間的窗戶上打一束激光就行了。

當房間里有人談話的時候，玻璃因受室內聲音變化的影響而發生輕微的振動，從玻璃上反射回來的激光包含了室內聲波振動信息。人們在室外一定的位置上，用專門的接收器接收，就能解調出聲音信號，用耳機監聽室內人的談話。由於激光本質上是一種頻率極純、極高的電磁波，加上其方向性好，照射和反射的能量集中，所以解調並不困難。解調反射激光的基本原理與收音機收聽廣播的原理是相似的。
用高頻率激光更難發現，並且這個東西個人就能做出來

WiFi作為移動互聯網時代的馬斯洛需求層次理論的最底層，WiFi的重要性不言而喻，但是除了上網，WiFi還有其它黑科技。

（英國紐卡斯爾大學（Newcastle University』s School of Architecture）建築學院博士生路易斯-赫南（Luis Hernan繪製的在人類周圍出現的無線網路WiFi信號）

是不是發現周圍隱藏著一個魔法世界，讓我們再看看它的魔法般的黑科技。

室內定位

相信在大型商場定位過的同學會很熟悉手機這個功能。

Wi-Fi定位技術目前主要有兩種，一種是通過移動設備和三個無線網路接入點的無線信號強度計算出移動設備距與各接入點的距離，然後便可對移動設備進行三角定位。另一種是事先記錄巨量的確定位置點的信號強度，通過用新加入的設備的信號強度對比擁有巨量數據的資料庫，來確定位置。

隔牆透視

2015年，麻省理工技術學院的科學家們發明的RF-Capture系統，已經可以透過一堵牆，穿過過衣服觀察人體輪廓，識別被遮住者的身份了，而且最多還能認出15個人，準確率達到88%。在當時，就已經可以達到隔牆識別人體動作變化，甚至檢測心率效果。

這樣一個系統可以識別個體在特定的位置，可以用來安全監測和智能家居,還可以幫助改善VR動作捕捉的視頻遊戲。

https://youtu.be/7LTr02cJkiAhttps://youtu.be/7LTr02cJkiA

3D測繪

近日，美國加州大學聖芭芭拉分校實驗團隊僅僅利用了日常使用的WiFi信號，只有兩架無人機、WiFi接發器，平板便完成了對物體的3D測繪。

試驗中，兩架無人機圍繞方形小屋飛行。其中一架無人機負責WiFi信號的穩定輸出，另一架則利用這WiFi信號進行3D測繪工作。方法雖然簡單，但實驗結果卻毫不含糊，測繪輸出的高解析度3D透視圖像顯示，最右邊4%的WiFi信號快速測繪，雖然邊緣有些失真，但是誤差僅僅只有3.84%

值得警惕的是，通過簡單常見的小物件，別人就能夠輕而易舉地把我們的屋內信息看個一清二楚。

實驗中磚牆的場景很簡單,在大規模應用前還有很多問題待解決，如來自其他無線網路的干擾等問題或需要更好的圖像處理方法。

今後，利用無人機便攜性，該系統可以用於更複雜的情況像搜救行動監控建築和橋樑的結構狀態,或者檢查潛在的考古遺址。

信息時代，隱私無處可藏，可見的未來，你開著WiFi，就等於告訴別人你在xxx地方開生活寫實直播，時不時收到「雙擊666，禮物走一波」。

以上資料來源網路，僅供交流，侵刪。

參考資料：

WiFi的黑科技X-Ray Eyes in the Sky

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先前的回答有部分錯誤，感謝評論區知友指正，已做修改，有知友提出沒寫關於wifi充電，估計是最近吵得火熱的「iPhone8要用WiFi充電」,大家笑笑就好啦，有興趣點傳送門iPhone8能用WiFi充電？別逗了

WiFi充電，理論上是可行，但是目前功率太小太小了（國無線區域網產品的發射功率不大於10mW）。要滿足手機充功率，必然要提高空間能量密度高，而能量密度高又必然會帶來輻射，而且功率隨距離是平方關係遞減的，短時間內還是一個很難破解的難題。

2015年，華盛頓大學一項研究稱研究者們製作了一個叫做 PoWiFi 的裝置，通過一個 WiFi 接入點（路由器）和一個感測器，可以在約8.5米的距離內為設備無線充電。研人員對對路由器經過了一些改造（加大功率），使得它能同時傳遞良好的電流和 WiFi 信號，感測器的主要作用是收穫電磁波的能量，轉換成直流電。其原理類似於利用太陽電池板將光能轉化為電能。

雖然目前的Wi-Fi充電技術，暫時還只能以「細水長流」而不是「如潮洪水」的方式給設備充電，但這仍然是一個了不起的成就。隨著技術成熟，未來的電子設備，或許可以將充電介面、充電線等概念遺忘，只需要利用Wi-Fi網路來充電。

Apple patents way to charge iPhone over Wi-Fi Wi-Fi That Charges Your Gadgets Is Closer Than You Think

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覺得與量子有關的都挺黑的。

新聞: 12月11日，歐洲物理學會新聞網站《物理世界》公布了2015年度國際物理學領域的十項重大突破。中國科學技術大學教授潘建偉、陸朝陽等完成的「多自由度量子隱形傳態」的研究成果名列榜首。這項工作打破了國際學術界從1997年以來只能傳輸基本粒子單一自由度的局限，為發展可擴展的量子計算和量子網路技術奠定了堅實的基礎。