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Ultrasuoni che non richiedono il contatto dei pazienti. Uno strumento basato sul web che reinventa la pianificazione dell’equipaggio per l’Air Force. Hardware crittografico che protegge i dati sensibili. E la prima memoria pratica al mondo per il networking quantistico.
Queste quattro tecnologie sviluppate presso il Lincoln Laboratory del MIT, interamente o con collaboratori, hanno ricevuto i premi R&D 100 2023. La tecnologia a ultrasuoni ha ricevuto anche un secondo premio in una categoria speciale che premia i prodotti che rivoluzionano il mercato. Conferito da Mondo della ricerca e sviluppo rivista, i premi riconoscono le 100 innovazioni più significative che sono passate all’uso o sono state rese disponibili per la vendita o la licenza nell’ultimo anno. La competizione mondiale è giudicata da una giuria di esperti di scienza e tecnologia e professionisti del settore.
“Il Lincoln Laboratory è stato molto fortunato a ricevere 86 premi R&D 100 negli ultimi 14 anni. Il nostro tasso di transizione tecnologica non classificata continua a essere molto elevato e abbiamo un tasso di transizione altrettanto elevato per i nostri programmi classificati. Il laboratorio sta davvero cambiando il mondo attraverso il successo dello sviluppo e della transizione tecnologica. Ci congratuliamo con tutti i soggetti coinvolti”, afferma il direttore del Lincoln Laboratory Eric Evans.
Imaging medico con ultrasuoni senza contatto
Molte persone hanno familiarità con il processo degli ultrasuoni: un ecografista preme un trasduttore sulla pelle di un paziente e lo sposta, raccogliendo immagini di tessuti e organi. Sebbene si tratti di una tecnologia consolidata, gli ultrasuoni risentono della variabilità dell’ecografista, rendendo difficile il confronto accurato delle misurazioni ripetute e sono limitati dalla necessità di entrare in contatto con la pelle. Per questi motivi, la risonanza magnetica e la tomografia computerizzata, nonostante i costi elevati e la mancanza di portabilità, sono ancora le tecnologie di imaging predominanti per il monitoraggio delle malattie.
L’ecografia laser senza contatto (NCLUS) per l’imaging medico supera queste limitazioni. Il sistema laser sicuro per la pelle acquisisce immagini ecografiche senza toccare il paziente. Utilizza un laser pulsato che emette energia ottica, che viene convertita in onde ultrasoniche quando colpisce i tessuti. Gli echi di ritorno vengono rilevati da un vibrometro laser Doppler e vengono elaborati per generare immagini. Il posizionamento del laser del sistema sul corpo può essere riprodotto accuratamente, eliminando così la variabilità tra scansioni ripetute. Questa ripetibilità potrebbe consentire di utilizzare gli ultrasuoni per monitorare la progressione della malattia, come i cambiamenti nelle dimensioni del tumore nel tempo.
Il suo design senza contatto apre anche usi completamente nuovi per gli ultrasuoni: “NCLUS potrebbe acquisire immagini di vittime di ustioni o traumi, pazienti con regioni dei tessuti profondi aperte direttamente durante l’intervento chirurgico, neonati prematuri che necessitano di cure mediche intensive, pazienti con lesioni al collo e alla colonna vertebrale e individui contagiosi da distanze di stallo”, afferma Robert Haupt, co-inventore di NCLUS.
Con NCLUS, il personale medico senza formazione ecografica potrebbe essere in grado di eseguire immagini ecografiche al di fuori di un ospedale: nello studio di un medico, a casa o in un remoto campo di battaglia. Grazie al suo potenziale rivoluzionario nel settore dell’imaging medicale, NCLUS ha ricevuto anche la medaglia d’argento R&D 100 nella categoria Riconoscimento speciale: prodotti che disturbano il mercato, oltre al premio R&D 100.
Entrambi i premi sono condivisi con il Massachusetts General Hospital Center for Ultrasound Research and Translation e Sound & Bright LLC.
Un ottimizzatore per la pianificazione dell’equipaggio
L’aeronautica americana ha intense esigenze di programmazione. La sua flotta di C-17, gli aerei cargo che trasportano truppe e rifornimenti in tutto il mondo, lo scorso anno ha totalizzato 4 milioni di ore di volo. Fino a poco tempo fa, gli aviatori dell’aeronautica militare, come i piloti e i responsabili del carico, dovevano programmare manualmente l’equipaggio di ciascun volo, su una lavagna.
Puckboard ha cambiato la situazione. L’applicazione basata sul web fornisce per la prima volta una pianificazione intelligente e basata sulla formazione da quando è iniziata la pianificazione dei voli militari circa 80 anni fa, e sta restituendo tempo prezioso agli aviatori per concentrarsi sui loro compiti primari.
Gli strumenti collaborativi di Puckboard forniscono agli pianificatori consigli sugli incarichi consentendo ai membri dell’equipaggio di fare volontariato per eventi che funzionano meglio per la loro vita personale. Oltre a fornire una funzione di calendario digitale, Puckboard applica tecniche di intelligenza artificiale che considerano parametri come la progressione dell’addestramento dell’equipaggio, la distribuzione delle ore di volo, l’elusione della sovraqualificazione e la fragilità degli incarichi per consigliare programmi ottimali. Oggi Puckboard ospita 24.000 utenti e ha programmato più di 315.000 eventi in 87 squadroni.
“L’impatto di Puckboard è un riflesso diretto dell’ampiezza e della profondità delle competenze e della sincera passione di tutti i contributori. Dai progettisti, agli ingegneri del software e agli esperti di algoritmi, fino agli squadroni in servizio attivo e ai membri dell’equipaggio, fino ai dirigenti senior: tutti sono impegnati ad aumentare la prontezza dell’aeronautica americana attraverso l’obiettivo di migliorare la qualità della vita dei cittadini. i nostri aviatori”, afferma Michael Snyder, uno dei principali investigatori del progetto. “La pianificazione è un argomento complesso, reso ancora più difficile in situazioni di incertezza, e questo sforzo testimonia la capacità di risolvere qualsiasi problema con il team giusto.”
Questo premio R&D 100 è condiviso con MIT, RevaComm, Department of the Air Force – MIT AI Accelerator, Air Force 15th Wing, 60th Air Mobility Wing, 437th Airlift Wing, Headquarters Air Mobility Command, Air Force Research Laboratory, assistente segretario dell’Air Force (Impianti, Ambiente ed Energia) e Raytheon-BBN.
Un dispositivo per proteggere i dati su piattaforme senza equipaggio
Per le forze armate statunitensi, l’uso di sistemi senza equipaggio sta crescendo per ridurre al minimo i danni agli operatori umani. Poiché questi sistemi spesso trasmettono dati sensibili via etere, i loro componenti radio devono essere certificati dalla National Security Agency (NSA). Per anni, questo processo di certificazione ha rappresentato un ostacolo insormontabile per molte piccole imprese e aspiranti innovatori nella tecnologia radio e nella robotica, da cui i militari potrebbero trarre vantaggio. Ora, tali sviluppatori possono utilizzare una soluzione di sicurezza già certificata dalla NSA, sviluppata dal Lincoln Laboratory, pronta per essere utilizzata e utilizzata per un’ampia varietà di veicoli e missioni.
L’unità crittografica finale (ECU) Security/Cyber Module (SCM) è un dispositivo compatto che protegge i collegamenti dati tattici dei sistemi senza equipaggio. Il modulo modernizza la sicurezza riunendo più tecnologie di sicurezza informatica, in particolare una tecnica chiamata Gestione tattica delle chiavi che stabilisce al volo chiavi segrete per comunicazioni sicure. Il modulo è il primo dispositivo crittografico progettato per un’ampia gamma di sistemi senza equipaggio nell’ambito della Joint Communication Architecture for Unmanned Systems (JCAUS), un recente sforzo del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per modularizzare i collegamenti radio dei sistemi senza equipaggio e consentire il riutilizzo di componenti certificati NSA standardizzando capacità e interfacce.
Sin dalla sua consegna, la Marina degli Stati Uniti ha assegnato un contratto di produzione a tariffa intera a Tomahawk Robotics per la fornitura di ECU SCM da utilizzare nei loro robot per l’eliminazione degli ordigni esplosivi. “Sebbene sia stato sviluppato principalmente per la robotica terrestre della Marina, l’adesione dell’SCM/ECU al JCAUS garantisce che sia adatto sia ai veicoli aerei che sottomarini”, afferma Ben Nahill, uno dei principali investigatori del programma.
Il premio è condiviso con il Naval Information Warfare Center Pacific.
Una memoria fotonica scalabile per il networking quantistico
Nell’elaborazione delle informazioni quantistiche, la memoria riceve e memorizza lo stato di un bit quantistico (qubit), in modo simile a come la memoria di un normale sistema di comunicazione o computer riceve e memorizza le informazioni come stati binari. La memoria consente di inviare e ricevere informazioni in modo affidabile tra sistemi separati, anche attraverso collegamenti di trasmissione con perdite. La memoria quantistica del Lincoln Laboratory è la prima a combinare, in un singolo modulo, le tre capacità richieste per collegare in rete sistemi quantistici separati: un’interfaccia fotonica, un modo per correggere gli errori di perdita e un’architettura scalabile a decine di memorie in un singolo modulo . Fino ad ora, i sistemi di memoria quantistica non disponevano di una o più di queste capacità.
“Questo modulo elimina molte delle barriere all’implementazione delle memorie quantistiche in contesti e banchi di prova del mondo reale e al loro utilizzo effettivo per sviluppare applicazioni quantistiche avanzate emergenti, come il rilevamento distribuito e l’elaborazione quantistica in rete”, afferma Ben Dixon, che guida questo lavoro .
Un’interfaccia fotonica consente il trasferimento dei qubit tramite particelle di luce (fotoni) tra la memoria e le reti in fibra ottica. La memoria quantistica del laboratorio utilizza centri di colore del diamante con posti vacanti di silicio (SiV), che sono strutture simili ad atomi che possono essere manipolate in modo efficiente con la luce, anche a livello di singolo fotone. Questa tecnologia SiV può anche correggere errori di perdita di segnale derivanti da collegamenti di rete inefficienti e con perdite. Poiché fa uso di centri di colore atomici individuali, questa tecnologia è compatibile con efficienti protocolli “annunciati”, in cui un segnale conferma l’avvenuta trasmissione di un fotone attraverso la rete e la memorizzazione del qubit associato in memoria.
Anche il modulo SiV è scalabile. Le celle di memoria SiV sono integrate in un circuito integrato fotonico su misura, una tecnologia che consente di inviare e ricevere segnali e può essere scalata su centinaia di canali paralleli. Combinando questo approccio di integrazione con un’architettura di packaging unica, i ricercatori di laboratorio hanno integrato otto memorie quantistiche in un singolo modulo. In questo singolo modulo possono essere integrate memorie aggiuntive, che possono essere unite con moduli aggiuntivi per un’ulteriore scalabilità.
Oltre a queste tecnologie vincitrici, altre cinque tecnologie del Lincoln Laboratory sono state nominate finaliste del premio R&D 100. Il 16 novembre a San Diego, in California, si terrà un gala per celebrare i vincitori del premio 2023.
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