Ultrasonido que no requiere tocar a los pacientes. Una herramienta basada en web que reinventa la programación de tripulaciones para la Fuerza Aérea. Hardware criptográfico que protege datos confidenciales. Y la primera memoria práctica del mundo para redes cuánticas.
Estas cuatro tecnologías desarrolladas en el Laboratorio Lincoln del MIT, ya sea en su totalidad o con colaboradores, recibieron los premios R&D 100 de 2023. La tecnología de ultrasonidos también recibió un segundo premio en una categoría especial que reconoce productos innovadores en el mercado. Otorgado por Mundo I+D revista, los premios reconocen las 100 innovaciones más significativas que han pasado al uso o han estado disponibles para la venta o licencia durante el último año. La competencia mundial es juzgada por un panel de expertos en ciencia y tecnología y profesionales de la industria.
“El Laboratorio Lincoln ha tenido mucha suerte de recibir 86 premios R&D 100 en los últimos 14 años. Nuestra tasa de transición tecnológica no clasificada sigue siendo muy alta y tenemos una tasa de transición alta similar para nuestros programas clasificados. El laboratorio realmente está cambiando el mundo a través de su exitoso desarrollo y transición tecnológica. Felicitamos a todos los involucrados”, dice Eric Evans, director del laboratorio Lincoln.
Imágenes médicas con ultrasonido sin contacto.
Mucha gente está familiarizada con el proceso de ultrasonido: un ecografista presiona un transductor sobre la piel de un paciente y lo mueve, recopilando imágenes de tejidos y órganos. Aunque es una tecnología bien establecida, el ultrasonido adolece de la variabilidad del ecografista, lo que dificulta comparar con precisión mediciones repetidas y está limitado por la necesidad de hacer contacto con la piel. Por estas razones, la resonancia magnética y la tomografía computarizada, a pesar de sus altos costos y falta de portabilidad, siguen siendo las tecnologías de imágenes predominantes para el seguimiento de enfermedades.
El ultrasonido láser sin contacto (NCLUS) para imágenes médicas supera estas limitaciones. El sistema láser seguro para la piel adquiere imágenes de ultrasonido sin tocar al paciente. Utiliza un láser pulsado que emite energía óptica, que se convierte en ondas de ultrasonido al impactar en el tejido. Los ecos que regresan son detectados por un vibrómetro láser Doppler y procesados para generar imágenes. El posicionamiento del láser del sistema en el cuerpo se puede reproducir con precisión, eliminando así la variabilidad entre escaneos repetidos. Esta repetibilidad podría permitir el uso de ultrasonido para rastrear la progresión de la enfermedad, como los cambios en el tamaño del tumor a lo largo del tiempo.
Su diseño sin contacto también abre usos completamente nuevos para el ultrasonido: “NCLUS podría obtener imágenes de víctimas de quemaduras o traumatismos, pacientes con regiones abiertas de tejido profundo directamente durante la cirugía, bebés prematuros que requieren cuidados médicos intensivos, pacientes con lesiones en el cuello y la columna, e individuos contagiosos de distancias de separación», dice Robert Haupt, co-inventor del NCLUS.
Con NCLUS, el personal médico sin formación en ecografía podría realizar imágenes de ultrasonido fuera de un hospital: en el consultorio de un médico, en casa o en un campo de batalla remoto. Debido a su potencial revolucionario en la industria de imágenes médicas, NCLUS también recibió la Medalla de Plata R&D 100 en la categoría de Reconocimiento Especial: Productos disruptores del mercado, además del Premio R&D 100.
Ambos premios se comparten con el Centro de Investigación y Traducción de Ultrasonidos del Hospital General de Massachusetts y Sound & Bright LLC.
Un optimizador para la programación de tripulaciones aéreas
La Fuerza Aérea de EE. UU. tiene intensas necesidades de programación. Su flota de C-17, el avión de carga que transporta tropas y suministros a nivel mundial, marcó 4 millones de horas de vuelo el año pasado. Hasta hace poco, los aviadores de la Fuerza Aérea, como los pilotos y los jefes de carga, tenían que programar la tripulación de cada vuelo manualmente, en una pizarra.
Puckboard ha cambiado eso. La aplicación basada en web proporciona una programación inteligente basada en el entrenamiento por primera vez desde que comenzó la programación de vuelos militares hace unos 80 años, y está devolviendo un tiempo valioso a los aviadores para que se concentren en sus tareas principales.
Las herramientas colaborativas de Puckboard brindan a los programadores recomendaciones de tareas y, al mismo tiempo, permiten a los miembros del equipo ofrecerse como voluntarios para los eventos que mejor se adapten a sus vidas personales. Más allá de proporcionar una función de calendario digital, Puckboard aplica técnicas de inteligencia artificial que consideran métricas como la progresión del entrenamiento de la tripulación, la distribución de las horas de vuelo, la evitación de la sobrecalificación y la fragilidad de las asignaciones para recomendar horarios óptimos. Hoy en día, Puckboard alberga a 24.000 usuarios y ha programado más de 315.000 eventos en 87 escuadrones.
“El impacto de Puckboard es un reflejo directo de la amplitud y profundidad de las habilidades y la pasión sincera que tienen todos los contribuyentes. Desde los diseñadores, ingenieros de software y expertos en algoritmos hasta los escuadrones en servicio activo y los miembros de las tripulaciones aéreas, hasta el liderazgo superior, todos están comprometidos a aumentar la preparación de la Fuerza Aérea de los EE. UU. a través de la lente de mejorar la calidad de vida de nuestros aviadores”, dice Michael Snyder, investigador principal del proyecto. «La programación es un tema complejo, que se vuelve aún más difícil bajo la incertidumbre, y este esfuerzo es un testimonio de poder resolver cualquier problema con el equipo adecuado».
Este premio R&D 100 se comparte con el MIT, RevaComm, el Departamento de la Fuerza Aérea – MIT AI Accelerator, el Ala 15 de la Fuerza Aérea, el Ala 60 de Movilidad Aérea, el Ala 437 de Transporte Aéreo, el Comando de Movilidad Aérea del Cuartel General, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea, el Subsecretario del Aire. Force (Instalaciones, Medio Ambiente y Energía) y Raytheon-BBN.
Un dispositivo para proteger datos en plataformas no tripuladas
Para el ejército estadounidense, el uso de sistemas no tripulados está aumentando para minimizar el daño a los operadores humanos. Debido a que estos sistemas a menudo transmiten datos confidenciales por aire, sus componentes de radio deben estar certificados por la Agencia de Seguridad Nacional (NSA). Durante años, este proceso de certificación ha sido un obstáculo insuperable para muchas pequeñas empresas y posibles innovadores en tecnología de radio y robótica del que los militares podrían beneficiarse. Ahora, dichos desarrolladores pueden utilizar una solución de seguridad ya certificada por la NSA, desarrollada por el Laboratorio Lincoln, que está lista para implementarse en una amplia variedad de vehículos y misiones.
La unidad criptográfica final (ECU) del módulo cibernético/de seguridad (SCM) es un dispositivo compacto que protege los enlaces de datos tácticos de sistemas no tripulados. El módulo moderniza la seguridad reuniendo múltiples tecnologías de ciberseguridad, en particular una técnica llamada Gestión táctica de claves que establece claves secretas sobre la marcha para una comunicación segura. El módulo es el primer dispositivo criptográfico diseñado para una amplia gama de sistemas no tripulados dentro de la Arquitectura de Comunicación Conjunta para Sistemas No Tripulados (JCAUS), un esfuerzo reciente del Departamento de Defensa de EE. UU. para modularizar los enlaces de radio de sistemas no tripulados y permitir la reutilización de componentes certificados por la NSA mediante la estandarización. capacidades e interfaces.
Desde su entrega, la Marina de los EE. UU. ha adjudicado un contrato de producción completa a Tomahawk Robotics para suministrar ECU SCM para su uso en sus robots de eliminación de artefactos explosivos. «Si bien se desarrolló principalmente para la robótica terrestre de la Marina, el cumplimiento del SCM/ECU con JCAUS garantiza que sea adecuado tanto para vehículos aéreos como submarinos», dice Ben Nahill, investigador principal del programa.
El premio se comparte con el Centro de Guerra de Información Naval del Pacífico.
Una memoria fotónica escalable para redes cuánticas
En el procesamiento de información cuántica, la memoria recibe y almacena el estado de un bit cuántico (qubit), de manera similar a cómo la memoria de un sistema de comunicación o computadora común recibe y almacena información como estados binarios. La memoria permite enviar y recibir información de manera confiable entre sistemas separados, incluso a través de enlaces de transmisión con pérdidas. La memoria cuántica del Laboratorio Lincoln es la primera en combinar, en un solo módulo, las tres capacidades necesarias para conectar en red sistemas cuánticos separados: una interfaz fotónica, una forma de corregir errores de pérdida y una arquitectura escalable a decenas de memorias en un solo módulo. . Hasta ahora, los sistemas de memoria cuántica se han quedado cortos en una o más de estas capacidades.
«Este módulo elimina muchas de las barreras para implementar memorias cuánticas en entornos del mundo real y bancos de pruebas y para utilizarlas realmente para desarrollar aplicaciones cuánticas avanzadas emergentes, como la detección distribuida y el procesamiento cuántico en red», dice Ben Dixon, quien dirige este trabajo. .
Una interfaz fotónica permite que los qubits se transfieran a través de partículas de luz (fotones) entre la memoria y las redes de fibra óptica. La memoria cuántica del laboratorio utiliza centros de color de diamante de silicio vacante (SiV), que son estructuras similares a átomos que pueden manipularse eficientemente con luz, incluso a nivel de fotón único. Esta tecnología SiV también puede corregir errores de pérdida de señal resultantes de enlaces de red ineficientes y con pérdidas. Debido a que utiliza centros de color atómicos individuales, esta tecnología es compatible con protocolos «anunciados» eficientes, donde una señal confirma la transmisión exitosa de un fotón a través de la red y el almacenamiento del qubit asociado en la memoria.
El módulo SiV también es escalable. Las celdas de memoria SiV están integradas a un circuito integrado fotónico hecho a medida, una tecnología que permite enviar y recibir señales y puede escalarse a cientos de canales paralelos. Combinando este enfoque de integración con una arquitectura de empaque única, los investigadores del laboratorio integraron ocho memorias cuánticas en un solo módulo. Se pueden integrar memorias adicionales en este único módulo, que se puede unir con módulos adicionales para una mayor escalabilidad.
Además de estas tecnologías ganadoras, otras cinco tecnologías del Laboratorio Lincoln fueron nombradas finalistas del premio R&D 100. El 16 de noviembre se llevará a cabo una gala para celebrar a los ganadores de los premios 2023 en San Diego, California.
