Quince tecnologías desarrolladas total o parcialmente por el Laboratorio Lincoln del MIT han sido designadas ganadoras de los premios R&D 100 de 2024. Los premios son otorgados por Mundo de I+Duna publicación en línea que brinda servicios a científicos e ingenieros investigadores de todo el mundo. Conocidos como los “Óscar de la innovación”, los premios reconocen las 100 tecnologías más importantes que se han puesto en práctica o se han introducido en el mercado durante el año pasado. Un panel independiente de jueces expertos selecciona a los ganadores.
“Los premios R&D 100 son un reconocimiento importante a las capacidades técnicas del laboratorio y a su papel en la transición de la tecnología para lograr un impacto en el mundo real”, afirma Melissa Choi, directora del Laboratorio Lincoln. “Es emocionante ver que tantos proyectos han sido seleccionados para este honor y estamos orgullosos de todos aquellos cuya creatividad, curiosidad y excelencia técnica hicieron posibles estas y muchas otras innovaciones del Laboratorio Lincoln”.
Las tecnologías premiadas tienen una amplia gama de aplicaciones. Algunas de ellas están destinadas a prevenir daños humanos, por ejemplo, mediante el control de golpes de calor o lesiones cognitivas. Otras presentan nuevos procesos para la impresión 3D de vidrio, la fabricación de sensores de imágenes de silicio y la interconexión de circuitos integrados. Algunas tecnologías se enfrentan a retos que ya se habían planteado hace tiempo, como el mapeo del cerebro humano y del fondo del océano. En conjunto, los ganadores ejemplifican la creatividad y la amplitud de la innovación del Laboratorio Lincoln. Desde 2010, el laboratorio ha recibido 101 premios R&D 100.
A continuación se describen las tecnologías ganadoras del premio R&D 100 de este año.
Protección de la salud y la seguridad humanas
El Rastreo de neuronas y entorno de aprendizaje activo El software (NeuroTrALE) utiliza técnicas de inteligencia artificial para crear mapas de alta resolución, o atlas, de la red de neuronas del cerebro a partir de datos biomédicos de alta dimensión. NeuroTrALE aborda un desafío importante en el mapeo cerebral asistido por IA: la falta de datos etiquetados para entrenar a los sistemas de IA para que construyan atlas esenciales para el estudio de las estructuras y los mecanismos neuronales del cerebro. El software es el primer sistema de extremo a extremo que realiza el procesamiento y la anotación de datos de microscopía densos; genera segmentaciones de neuronas; y permite a los expertos revisar, corregir y editar las anotaciones de NeuroTrALE desde un navegador web. Este premio se comparte con el laboratorio de Kwanghun (KC) Chung, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química, el Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia y el Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria del MIT.
Muchos militares y agentes de la ley están expuestos rutinariamente a explosiones de baja intensidad en entornos de entrenamiento. A menudo, estas explosiones no causan lesiones diagnosticables inmediatas, pero la exposición a largo plazo se ha vinculado con ansiedad, depresión y otros trastornos cognitivos. Electrooculografía y monitoreo de sobrepresión por explosión con equilibrio (EYEBOOM) es un sistema portátil desarrollado para monitorear la exposición de las personas a explosiones y notificarles si corren un mayor riesgo de sufrir daños. Utiliza dos sensores corporales, uno para capturar los movimientos continuos de los ojos y el cuerpo y otro para medir la energía de la explosión. Un algoritmo analiza estos datos para detectar cambios sutiles en la fisiología que, cuando se combinan con la exposición acumulada a la explosión, pueden predecir lesiones cognitivas. En la actualidad, el sistema se utiliza en unidades selectas de las Fuerzas Especiales de los EE. UU. El laboratorio desarrolló EYEBOOM en conjunto con Creare LLC y Lifelens LLC.
Andamios de células madre tejidos modulables: El desarrollo de estructuras de tejido artificial que imiten la elasticidad y la dureza naturales del tejido vivo tiene una gran demanda para aplicaciones de medicina regenerativa. Un equipo del Laboratorio Lincoln y del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT desarrolló nuevas formas de tejidos biocompatibles que imitan las propiedades mecánicas de los tejidos nativos mientras nutren las células madre en crecimiento. Estos andamios de células madre portátiles pueden acelerar la regeneración de la piel, los músculos y otros tejidos blandos para reducir el tiempo de recuperación y limitar las complicaciones de quemaduras graves, laceraciones y otras heridas corporales.
Proceso de deconvolución de mezclas para la genealogía genética investigativa forense: Un campo de la ciencia forense en rápido crecimiento es la genealogía genética investigativa, en la que los investigadores envían un perfil de ADN a bases de datos de genealogía comerciales para identificar a una persona desaparecida o a un sospechoso de un delito. La invención del software de Lincoln Laboratory aborda una gran necesidad insatisfecha en este campo: la capacidad de deconvolucionar o desentrañar perfiles de ADN mixtos de varias personas desconocidas para permitir la búsqueda en bases de datos. El proceso de desarrollo del software estima la cantidad de contribuyentes en una mezcla de ADN, el porcentaje de ADN presente de cada contribuyente y el sexo de cada uno de ellos; luego, deconvoluciona los diferentes perfiles de ADN en la mezcla para aislar dos contribuyentes, sin necesidad de compararlos con un perfil de referencia de un contribuyente conocido, como lo requería el software anterior.
Cada año, cientos de personas mueren o sufren lesiones graves por insolación, especialmente el personal en ocupaciones al aire libre de alto riesgo, como el personal militar, de construcción o de primera respuesta. Sistema de prevención de lesiones por calor (HIPS) proporciona una advertencia temprana y precisa de un golpe de calor varios minutos antes de que aparezcan los síntomas visibles. El sistema recopila datos de un sensor que se lleva en una correa para el pecho y emplea algoritmos para estimar la temperatura corporal, la inestabilidad de la marcha y el índice de tensión fisiológica adaptativa. Luego, el sistema proporciona una predicción de la lesión por calor de una persona en una aplicación móvil. La asequibilidad, la precisión y la aceptabilidad del HIPS por parte del usuario han llevado a su integración en entornos operativos para el ejército.
Observando el mundo
Más del 80 por ciento del fondo oceánico permanece prácticamente sin cartografiar ni explorar. Históricamente, los mapas de las profundidades marinas se han generado con baja resolución a partir de un gran conjunto de sonares montado en un barco, o con mayor resolución con vehículos submarinos lentos y costosos. Sonda multihaz autónoma de apertura dispersa La tecnología utiliza un enjambre de unos 20 vehículos de superficie autónomos que trabajan juntos como un único gran conjunto de sonares para lograr lo mejor de ambos mundos: cartografiar el fondo marino con una resolución 100 veces superior a la de un sonar montado en un barco y una tasa de cobertura 50 veces superior a la de un vehículo submarino. Nuevos algoritmos de estimación y técnicas de procesamiento de señales acústicas hacen posible esta tecnología. El sistema tiene potencial para mejorar significativamente las capacidades de búsqueda y rescate humanitario y la modelización oceánica y climática. El premio R&D 100 se comparte con el Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT.
Enfoque Neto es una arquitectura de aprendizaje automático para analizar datos lidar de mapeo terrestre aéreo. El lidar aéreo funciona escaneando el suelo con un láser y creando una representación digital en 3D del área, llamada nube de puntos. Luego, los humanos o los algoritmos analizan la nube de puntos para categorizar las características de la escena, como edificios o carreteras. En los últimos años, la tecnología lidar ha mejorado y se ha diversificado, y los métodos para analizar los datos han tenido dificultades para mantenerse al día. FocusNet llena este vacío mediante el uso de una red neuronal convolucional (un algoritmo que encuentra patrones en imágenes para reconocer objetos) para categorizar automáticamente los objetos dentro de la nube de puntos. Puede lograr este reconocimiento de objetos en diferentes tipos de datos del sistema lidar sin necesidad de volver a entrenarse, lo que representa un gran avance en la comprensión de las escenas lidar 3D.
Las observaciones atmosféricas recogidas desde aeronaves, como la temperatura y el viento, proporcionan los datos de mayor valor para los modelos de previsión meteorológica. Sin embargo, estos datos recopilados son escasos y se obtienen con retraso; actualmente se obtienen a través de sistemas especializados instalados en aeronaves seleccionadas. Sistema portátil de observación meteorológica derivado de aeronaves (PADWOS) ofrece una manera de ampliar significativamente la calidad y cantidad de estos datos aprovechando los transpondedores de Vigilancia Mejorada (EHS) en Modo S, que ya están instalados en más del 95 por ciento de los aviones comerciales y la mayoría de los aviones de aviación general. Desde tierra, PADWOS interroga a los aviones equipados con EHS en Modo S y recopila en milisegundos los datos del estado de la aeronave informados por el transpondedor para realizar estimaciones de viento y temperatura. El sistema promete mejorar los pronósticos, monitorear el clima y brindar soporte a otras aplicaciones meteorológicas.
Avances en informática y comunicaciones
Las redes cuánticas tienen el potencial de revolucionar la conectividad en todo el mundo, desbloqueando capacidades sin precedentes en computación, detección y comunicaciones. Para hacer realidad este potencial, los fotones entrelazados distribuidos a través de una red cuántica deben llegar e interactuar con otros fotones de formas controladas con precisión. Sistema de sincronización de fotones de precisión para redes cuánticas es el primero en proporcionar una solución eficiente para sincronizar enlaces de redes cuánticas espacio-tierra con una precisión de subpicosegundos. A diferencia de otras tecnologías, el sistema realiza una distribución de entrelazamiento cuántico en el espacio libre a través de un satélite, sin necesidad de localizar fuentes de entrelazamiento complejas en el espacio. Estas fuentes se encuentran en el suelo, lo que proporciona un entorno de prueba de fácil acceso que se puede actualizar a medida que surgen nuevas tecnologías de generación de entrelazamiento cuántico.
Memoria multiestado superconductora y lógica de comparación: El Laboratorio Lincoln desarrolló circuitos que almacenan y comparan de forma nativa más de dos estados discretos, utilizando los campos magnéticos cuantizados de los materiales superconductores. Esta propiedad permite la creación de circuitos lógicos digitales que van más allá de la lógica binaria y pasan a la lógica ternaria, mejorando el rendimiento de la memoria sin aumentar significativamente la cantidad de dispositivos necesarios ni la superficie de los circuitos. Al comparar su memoria lógica ternaria superconductora con una memoria convencional, el equipo de investigación descubrió que la memoria ternaria podía realizar la correspondencia de patrones en toda la Biblioteca del Congreso digital casi 30 veces más rápido. Los circuitos representan los componentes básicos fundamentales para la lógica digital avanzada, de ultraalta velocidad y bajo consumo.
El Megachip Se trata de un método para interconectar muchos chips pequeños y especializados (llamados chiplets) en un circuito integrado monolítico similar a un solo chip. Esta estructura interconectada, capaz de incorporar miles de millones de transistores, extiende el rendimiento del dispositivo más allá de los límites impuestos por el encapsulado tradicional a nivel de oblea. Los megachips pueden abordar las crecientes demandas de tamaño y rendimiento de la microelectrónica utilizada para el procesamiento de IA y la computación de alto rendimiento, y en dispositivos móviles y servidores.
Un Sistema inalámbrico full-duplex en banda (IBDF) con mitigación avanzada de interferencias aborda la creciente congestión de las redes inalámbricas. Los sistemas IBFD anteriores han demostrado la capacidad de un dispositivo inalámbrico para transmitir y recibir en la misma frecuencia al mismo tiempo mediante la supresión de la autointerferencia, duplicando efectivamente la eficiencia del dispositivo en el espectro de frecuencias. Sin embargo, estos sistemas no han abordado la interferencia de fuentes inalámbricas externas en la misma frecuencia. La tecnología del Laboratorio Lincoln, por primera vez, permite a IBFD mitigar múltiples fuentes de interferencia, lo que da como resultado un sistema inalámbrico que puede aumentar la cantidad de dispositivos compatibles, su velocidad de datos y su alcance de comunicaciones. Este sistema IBFD podría permitir que los futuros vehículos inteligentes se conecten simultáneamente a redes inalámbricas, compartan información de la carretera y se conduzcan solos, una capacidad que no es posible hoy en día.
Fabricando con nuevos procesos
El Laboratorio Lincoln desarrolló un Sistema de tinta nanocompuesta para la impresión 3D de materiales funcionalesLa deposición mediante una boquilla de mezcla activa permite la generación de estructuras graduadas que pasan gradualmente de un material a otro. Esta capacidad de controlar las propiedades electromagnéticas y geométricas de un material puede permitir la creación de componentes de radiofrecuencia más pequeños, más ligeros y que consumen menos energía, al tiempo que se adapta a grandes anchos de banda de frecuencia. Además, la introducción de diferentes partículas en la tinta de forma modular permite la absorción de una amplia gama de tipos de radiación. Se espera que este blindaje impreso en 3D se utilice para proteger la electrónica en satélites pequeños. Este premio se comparte con el grupo de investigación de la profesora Jennifer Lewis en la Universidad de Harvard.
El laboratorio Sustratos diseñados para el desarrollo rápido de sensores de imágenes avanzados reducir drásticamente el tiempo y el costo de desarrollo de sensores avanzados de imágenes de silicio. Estos sub Los estratos preconstruyen la mayoría de los pasos del proceso de retroiluminación (un método para aumentar la cantidad de luz que llega a un píxel) directamente en la oblea de partida, antes de que comience la fabricación del dispositivo. Luego, un proceso especializado permite que el sustrato del detector y los circuitos de lectura se acoplen entre sí y se adelgacen de manera uniforme a micrones de espesor a nivel de la matriz en lugar de a nivel de la oblea. Ambos aspectos pueden ahorrarle a un proyecto millones de dólares en costos de fabricación al permitir la producción de lotes pequeños de detectores, en lugar de una serie completa de obleas, al tiempo que se mejora el ruido y el rendimiento del sensor. Esta plataforma ha permitido a los investigadores crear prototipos de nuevos conceptos de sensores de imágenes, incluidos detectores para futuras misiones de aterrizaje autónomo de la NASA, que habrían llevado años de desarrollo en un proceso tradicional.
La fabricación aditiva, o impresión 3D, es una tecnología prometedora que permite fabricar estructuras de vidrio complejas que serían inalcanzables con las técnicas tradicionales de fabricación de vidrio. Fabricación aditiva a baja temperatura de compuestos de vidrio Permite la impresión 3D de elementos de vidrio de múltiples materiales sin necesidad de un costoso procesamiento a alta temperatura. Esta técnica de baja temperatura, que cura el vidrio a 250 grados Celsius en comparación con los 1000 C estándar, se basa en componentes simples: una solución de silicato líquido, un relleno estructural, una nanopartícula pirogénica y un aditivo funcional opcional para producir vidrio con propiedades ópticas, eléctricas o químicas. La técnica podría facilitar la adopción generalizada de la impresión 3D para dispositivos de vidrio como sistemas microfluídicos, lentes ópticas de forma libre o fibra y componentes electrónicos de alta temperatura.
Los investigadores detrás de cada tecnología ganadora del premio R&D 100 serán homenajeados en una gala de premios que se celebrará el 21 de noviembre en Palm Springs, California.
