又到了周五，新一期的周报与你共同关注一下前沿技术领域的新进展。
在最近，北京科委公布了一些可能会用在2020年北京冬奥会的新技术，毫米波安检技术位列其中，这种刚刚应用在大兴机场的新兴安检设备，将迎来更多的应用场景；
天津大学的研究团队发现了用于改善质子交换膜能量转化效率的新材料，有望提高燃料电池的效率，燃料电池汽车的续航里程有望增加；
在国外，英国科学家设计了一种仿生芯片，可再现生物神经元行为，这意味着可能会打造一种植入芯片，替代受损的神经元的功能，使一些症状如记忆衰退等可以得医治。
下面是本周周报主要讨论的问题：
传统安检设备存在哪些限制，毫米波安检设备可以带来哪些突破，影响毫米波设备推广的因素又是什么？
仿生芯片是做什么的，如果仿生芯片可以再现生物神经元行为，会有哪些应用价值？
燃料电池的新突破会带来商业化提速吗，相比于锂电池，燃料电池为什么应用很少？
毫米波技术在安检中获得应用
12月4日，北京市科委、北京市经信局对“科技冬奥、智慧北京”技术产品与创意设计方案征集初选结果进行公示，共有49项北京高科技项目，清华大学的基于毫米波太赫兹区域感知网络的非接触智慧安检技术入选，再经过公示、复试之后，毫米波安检技术将在北京冬奥会上获得使用。而在刚刚开业的大兴机场，已经有毫米波安检设备在使用。
这意味着毫米波安检技术正在步入应用推广期。
这项技术相比于传统的安检技术，有哪些先进之处，落地难点又在哪儿？
先来看看传统安检技术吧。我们平时在地铁、机场常见的设备，主要就是手持金属探测仪、行李X光检测机和金属安检门。
安检员拿着手持金属探测仪在身上扫来扫去，这种探测仪可以产生涡旋电场，如果嫌疑人携带管制刀具，金属遇到涡旋电场，会使探测仪产成涡电流，由此判断人体是否携带金属。
行李X光检测机一般是验包内物体，通过X光来穿透外面的包，形成信号，传到控制器，不同属性的物体会在控制器上呈现不同的颜色，当有金属物体时，会有蓝色呈现，没有金属时则是橙色，金属混合物会是绿色。安检员据此对是否有违禁物品做出判断。这项技术目前比较成熟，应用也很广，不过只能做截面的分析，不能就物体做层面的分析；
金属安检门是用红外对射感应器对身体进行探测，如果有金属物品，就会在相应的区域启动报警灯，并发出警报声音。这几种安检设备的共同特点是只能探测金属违禁物品。而现在已经有不少新型的危险品，比如化学制剂、陶瓷刀、3D打印危险物品等。这些设备检测起来比较困难。
毫米波安检，则是一种新型的安检手段，甚至被认为是安防领域最先进的技术。熟悉自动驾驶的读者应该知道毫米波雷达，毫米波人体安检成像仪本质上也是雷达及技术，利用毫米波对衣物进行穿透，检测人体各部位藏匿的危险物品，与传统安检设备相比，毫米波安检可以检测出非金属的违禁物品，并可以获取物品所在位置、大小、形状等特征，形成三维立体成像，方便安检人员观看，检测的精度、易用性都有提升。
其中的核心技术主要是毫米波TR FEM 芯片及封装技术、毫米波阵列SIP技术、多核多线程硬件加速技术、毫米波技术集成电路版图、毫米波传感器组件、成像技术、深度学习等。
好东西的缺点就是贵，毫米波安检设备在国内还在应用初期，没有大规模量产，应用不多，主要是在重大会议活动、大型机场、关键高铁站等场所，研发成本也比传统设备高，导致现在还不能在普通的地铁站推广。
中国科学院上海微系统与信息技术研究所研发了“毫米波合作式目标人体三维成像安检仪”项目，并成立了公司芯影科技进行商业化，产品主要用在了G20峰会外围、马来西亚吉隆坡航站楼、新疆乌鲁木齐高铁站、海南三沙市清澜港等典型场景。
仿生芯片可再现生物神经元行为
在去年9月，苹果宣布新一代iPhone搭载了A12仿生芯片，采用 “6核心CPU”、“4核心GPU”、“神经网络引擎”的设计，让苹果性能获得很大提升。这让仿生芯片名声大噪。
但其实苹果所说的仿生更多是噱头。
我们的前沿技术周报此前曾介绍过仿生机器人，仿生就是模仿生物的行为、功能，提高技术系统的处理能力、适应能力。而苹果的A12芯片只是加入了专门用于神经网络计算的独立内核而已，更适用于处理神经网络算法，实现算力加速。并不是说芯片按照神经元的反应模式来设计。
最近。英国科学家在芯片仿生上取得了新突破，不过科学家的芯片不是为了算力提升，而是想通过仿生芯片，来修复甚至代替那些因病导致功能退化或者异常的神经系统中的生物电路，让大脑和人体恢复正常工作。
12月3日，英国《自然·通讯》杂志发表了这一最新突破，英国巴斯大学研究人员阿兰·诺格里特团队，设计了一种能够精确模仿生物离子通道的硅芯片，这种芯片可以类似生物神经元的方式整合原始神经刺激，并做出响应。研究团队在硅芯片中再现了单个海马神经元和呼吸神经元的活动。海马神经元是人脑中组成海马体的神经元，跟人的记忆能力直接相关。研究人员通过60个电刺激方案，发现固态神经元产生的电响应，几乎和生物神经元完全相同。
这样的仿生芯片，相比于苹果A12芯片，是更高层次的“仿生”，模仿了海马神经元在电刺激中的反应，并且神经元在多轮刺激中的反应与人的神经元非常相似，相当于重现了真实神经元的电学特性细节。科学家对于替代人体功能的仿生芯片研究了很久了，其中的难点是在模拟天然构造时，总是会与真实的人体反应有或大或小的差异。只要有差异，就很难植入到人体去替代原有构造。这次的突破就在于60次的刺激方案，反应都与生物体相同。
另外，这款芯片的功率非常低，只有140纳瓦，比较适合作为植入物植入体内，去代替受损的神经元发挥作用。由于海马神经元跟记忆相关，这种植入芯片或许对治疗神经退化性疾病以及阿尔茨海默症有一定的帮助。如果能有持续的研究突破，或许可以在未来去制造仿生芯片、替代器官。
不过这个方案肯定还有待于继续去试验，是否在更大规模的刺激中仍然与生物体的反应相同，以及在其他神经元中是否有相同的表现。
燃料电池取得突破，续航能力有望增强
我们常说的新能源汽车电池，主要是锂电池和燃料电池两种。我们常见的新能源车是锂电池新能源车，燃料电池新能源车很少。但其实燃料电池相比于锂电池有很多优点，主要的燃料即氢能源的能量密度更高，有望实现更远的续航里程，且只需要几分钟即可加满燃料，比充电电池快很多；在零下30度的低温下也可以正常工作，锂电池做不到。
锂电池是储能设备，而燃料电池是发电设备，使用氢气、甲醇等碳氢化合物，阳极燃料氢气失去电子成为质子，穿过质子交换膜到达阴极与氧气、电子结合生成水，质子在电池内部传输，与外电路的电子构成电流回路，产生电能，驱动汽车。这其中，质子交换膜非常关键，决定了电池的燃料转化效率。
最近，天津大学化工学院教授张生与英国曼彻斯特大学研究人员合作形成了新的研究成果，发表在《自然·纳米》与《自然·通讯》杂志上。在研究中，他们证实了石墨烯、氮化硼等二维材料具有质子传导性，并进一步发现，自然界中广泛存在的云母用于燃料电池的高温质子交换膜比目前商用膜性能更优，更加节能环保。
据科技日报报道，张生研究团队通过实验证明，石墨烯与氮化硼二维材料只允许质子通过，能阻挡其他离子与分子，包括氢气的通过，满足了燃料电池质子传导膜材料的要求。因为膜要阻挡氢气的渗透。氢气的渗透会产生副反应，降低电池输出电压，影响燃料电池的整体反应效率。
他们还证明，另一种二维材料云母比石墨烯在燃料电池领域更具应用前景。离子交换反应后的云母膜质子传导率提高了100倍。同时云母膜热稳定性更高，且储量丰富、价格低廉。在150℃的温度下，云母膜质子传导率超过了目前商业化要求的两倍，应用于燃料电池后，汽车的行驶里程将会有很大提高。
如果能够获得商业化应用，燃料电池可能会有更多的市场机会。但估计很难实质性突破现在的燃料电池困局。因为燃料电池的主要瓶颈不在电池，而在于上游的氢能。
现在的新能源电池以锂电池为主，燃料电池驱动的汽车市场占比较少。数据显示，今年上半年，纯电动汽车产销分别完成49.3万辆和49.0万辆，同比分别增长57.3%和56.6%。燃料电池汽车产销分别完成1170辆和1102辆，比上年同期分别增长7.2倍和7.8倍。2018年燃料电池汽车的销量也只有1527辆，不及锂电池汽车的零头。
为什么差距这么大？因为氢气的智能能量密度很高，但体积能量密度很低，必须把氢气进行压缩或者液化，降低储氢罐的体积。这过程中的难点是储氢技术。氢气需要很大的压力进行压缩，氢瓶压力一般可以达到700个大气压，因此氢瓶既要坚固，又要轻便，才能适合商业化。这对材料要求高，导致储存一公斤氢的乘用车氢瓶需要约1000美元。除了储存，还有制取、运输以及加氢站的成本与效率等问题，有数据显示，加氢站的建设成本在1200万-5500万之间，而一个充电站成本只有几百万。
这样，即使发现了新材料使得质子交换膜的能量转化效率获得很大提升，使得燃料电池更强，也很难改变燃料电池汽车的窘境，因为上游的氢相关技术仍有待突破。
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