NASA航天技術(shù)轉(zhuǎn)移案例

案例1 壓力服挽救新母親的生命

1969年的一天，NASA艾姆斯研究中心接到了一個不尋常的求助電話：一名當(dāng)?shù)貗D女在分娩幾周后仍然腹腔出血，盡管在9次外科手術(shù)中每次都試圖止血，但依然無濟(jì)于事，她的病情被稱為產(chǎn)后出血（PPH），如果不及時治療，可能會致命。

在研究了這個問題之后，NASA艾姆斯研究中心和其他地區(qū)的研究人員提出，使用充氣抗荷服的外部壓力對該產(chǎn)婦整個下半身施加壓力，可能會阻止出血。NASA長期以來一直使用充氣式抗荷服防止血液匯集在腿部，以防止試飛員和航天員在極端加速和在太空飛行后恢復(fù)地球引力時暈倒。

該團(tuán)隊迅速修改了一套壓力服，讓其承受一系列壓力，并將其改裝適應(yīng)醫(yī)院的供氣瓶，送到醫(yī)院后立即將其用于患者。病人穿上這件壓力服僅僅10個小時后就開始恢復(fù)，3個月后完全康復(fù)。

艾姆斯研究中心在后續(xù)的研究中，進(jìn)一步研究了抗荷服的作用機(jī)理，并認(rèn)識到可以用更低的壓力來減少出血，并從腿部和下半身向心臟和大腦快速轉(zhuǎn)移所需的血液，以治療出血或脫水，這一過程被稱為自體輸血。

20世紀(jì)90年代初，加利福尼亞州Zoex公司開發(fā)出了基于該技術(shù)的第一個商用版本。Zoex公司開發(fā)出的非充氣抗沖擊服（NIASG），可以用來抵御多種類型的沖擊。相關(guān)醫(yī)學(xué)專家開展了一系列研究，并在2004年發(fā)表了一份基于14例低血容量性休克的研究報告，其中NIASG被用作主要干預(yù)措施。NIASG幫助挽救了13名患者的生命。

醫(yī)學(xué)專家對改進(jìn)版的非氣動抗沖擊服（NASG）進(jìn)行了臨床研究，結(jié)果表明，使用NASG可以使PPH患者的失血量和死亡率降低50%。2012年底世界衛(wèi)生組織（WHO）、國際婦產(chǎn)科醫(yī)師和產(chǎn)科醫(yī)生聯(lián)合會決定正式將NASG納入其PPH管理指南。

自WHO支持NASG以來的短時間內(nèi)，已有20個國家購買了一種名為LifeWrap的NASG低成本版本；在世界各地，安全孕產(chǎn)項目繼續(xù)傳播有關(guān)使用LifeWrap的信息并提供培訓(xùn)。在遭受臺風(fēng)“海燕”的菲律賓、受埃博拉病毒影響的非洲國家、東帝汶的救護(hù)車及坦桑尼亞的農(nóng)村地區(qū)，越來越多的地方使用了LifeWrap。

人們喜歡把它稱為“奇跡壓力服”。

案例2 來自“國際空間站”生命保障系統(tǒng)的礦難救生艙

2011年7月21日，亞特蘭蒂斯號航天飛機(jī)完成了為期13天的飛行，返回肯尼迪航天中心，標(biāo)志著NASA航天飛機(jī)時代的終結(jié)。航天飛機(jī)退役后，運(yùn)送航天員的工作完全依靠俄羅斯的“聯(lián)盟”飛船。但是NASA一直在尋求商業(yè)載人航天飛行的發(fā)展，試圖開發(fā)出由私營企業(yè)運(yùn)行和支持的技術(shù)，來承擔(dān)人員運(yùn)輸任務(wù)。

2009年，NASA為此啟動了一項征集活動，一家名為Paragon空間發(fā)展有限公司的企業(yè)提出，打算研發(fā)一種緊湊型的空氣凈化系統(tǒng)，用于未來私營載人飛船的生命保障系統(tǒng)。

對航天員來說，航天器的內(nèi)部就像一個氣泡，為其提供可以用來呼吸的空氣。然而這個氣泡中的空氣必須不斷凈化，去除有害物質(zhì)。每一架航天飛機(jī)都裝備了空氣再生系統(tǒng)，這個系統(tǒng)由大量零部件組成，分散在航天飛機(jī)的各個角落。Paragon公司的研究方向，是把這些分散的零件集成為一個獨(dú)立的設(shè)備，可以安裝到各類商業(yè)載人航天器中去。

2010年，NASA與Paragon公司簽署了合作協(xié)議。兩個機(jī)構(gòu)的工程師們用10個月的時間就完成了稱為“商業(yè)載人運(yùn)輸空氣凈化系統(tǒng)”（CCT-ARS）的多用途組件，它由7個主要設(shè)備組成：二氧化碳凈化器、微量污染物凈化器、空氣過濾器、過火空氣再生器、艙內(nèi)空氣循環(huán)器、除濕器、溫度控制器。對于CCT-ARS的實際應(yīng)用來說，一般只需要承擔(dān)從地面起飛后抵達(dá)“國際空間站”這段路程中的空氣供應(yīng)，持續(xù)工作時間在60個小時左右。唯一的維護(hù)需求，是更換二氧化碳濾芯兩到三次。除此之外，不需要再照料它。

Paragon公司完成CCT-ARS研制后，美國聯(lián)邦礦業(yè)安全與健康管理局發(fā)現(xiàn)這個產(chǎn)品在礦難掩蔽所領(lǐng)域中有應(yīng)用潛力。

礦難當(dāng)中，人們要面對很多危險情況，包括有毒煙氣泄漏、瓦斯爆炸、透水、地震等。因此，各國需要通過立法來規(guī)范采礦行為，其中包括了礦難掩蔽所。用鋼板制成掩蔽所，其中存放有食物、水、急救器材、通信系統(tǒng)，以及清潔、溫度受控的空氣。按照有關(guān)要求，這樣的掩蔽所要能供應(yīng)一個人在其中生活4天，等待救援。

Paragon公司在美國聯(lián)邦礦業(yè)安全與健康管理局的協(xié)調(diào)下，與一大批掩蔽所研發(fā)企業(yè)進(jìn)行了磋商，同時展開獨(dú)立研究。研究表明，CCT-ARS不僅能在地球軌道上得到應(yīng)用，還可以在礦難中發(fā)揮作用。

2012年3月，Paragon公司和位于美國肯塔基州蘭卡斯特的礦業(yè)掩蔽所公司簽訂協(xié)議，后者購買CCT-ARS專利的十年使用權(quán)，用于生產(chǎn)礦山用空氣凈化系統(tǒng)。采用了CCT-ARS技術(shù)的掩蔽所除了定期更換二氧化碳濾芯之外，這套礦山用空氣凈化系統(tǒng)不需要干預(yù)或者調(diào)整。這種掩蔽所以電磁為能源，可以連續(xù)工作4天不停機(jī)，可以給礦工提供幾乎一切生存必要的條件。而該公司的舊款掩蔽所在實際使用時需要更加頻繁的保養(yǎng)維護(hù)。舊款的二氧化碳過濾器最多只能工作12個小時，新的掩蔽所二氧化碳過濾器的使用時間可以達(dá)到24小時；舊款掩蔽所的溫度控制系統(tǒng)采用傳統(tǒng)風(fēng)扇，需要人工調(diào)節(jié)，而采用了CCT-ARS的新型號改為自動控制，用液冷單元來保持適宜溫度；另外，舊款的氧氣分發(fā)系統(tǒng)同樣是人工調(diào)節(jié)的，新款改為自動控制，可以隨時保持艙內(nèi)氧氣含量處在最佳狀態(tài)?？紤]到這種新型掩蔽所的優(yōu)點非常明顯，礦業(yè)界對它給予高度評價。國土安全部和國防部也在考慮，采購這種掩蔽所作為安全屋使用。

2012年11月，CCT-ARS被美國航天基金會評為“得到驗證的航天技術(shù)”。

案例3 用富有創(chuàng)意的方式保存歷史記錄

在月球上，保留了“阿波羅”計劃登月時的很多遺物。如果把它看作一座博物館，那么迄今為止還沒有游客訪問過。遺物的內(nèi)容包括反射計、靴子、下降級本身，乃至著名的阿姆斯特朗腳印，加起來大概有100多件。還有一件遺物是一個鋁制的罐子，里面裝著一個50美分硬幣大小的硅盤。上面刻著73個國家和4名美國總統(tǒng)的寄語，所用的字母大小還不到人類頭發(fā)直徑的四分之一，只能用顯微鏡觀看。為了更好地保護(hù)這些具有紀(jì)念性的文字，又不顯著增加載荷，還要能夠耐受月球上的極端溫度，NASA與一家名為Sprague電子公司的企業(yè)進(jìn)行合作。Sprague電子公司在硅盤文字的刻錄中，采用了半導(dǎo)體制造技術(shù)，每條寄語的大小還不到針尖大。

Sprague電子公司在1971年把這項技術(shù)申請了專利，直到21世紀(jì)，才有兩家企業(yè)向NASA申請了技術(shù)轉(zhuǎn)移，用上文中所述的技術(shù)來保存地球上的重要文獻(xiàn)。

2006年，羅切斯特理工學(xué)院電子工程學(xué)教授穆坤德和研究生阿賈·帕蘇普萊提接到一個項目，保存一種不尋常的材料——棕櫚葉上的文獻(xiàn)。這份文獻(xiàn)是印度古代意識形態(tài)研究的記錄，記載在棕櫚葉上，至今已經(jīng)有700多年了。如果棕櫚葉降解，文獻(xiàn)就消失了。

師生二人提出了一個解決方案，那就是用硅。硅在半導(dǎo)體工業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，硅制品壽命長、防水、耐潮濕，在300℃以下都能保持穩(wěn)定。

兩人檢索了如何利用硅和半導(dǎo)體產(chǎn)品技術(shù)來制造能長期保存的文獻(xiàn)資料拷貝，發(fā)現(xiàn)了這個與阿波羅11號相關(guān)的專利。這項專利已經(jīng)過期，可以公開免費(fèi)使用。兩人把這項技術(shù)納入自己新開發(fā)的專利當(dāng)中。為了把這項技術(shù)商業(yè)化，兩人發(fā)起成立了NanoArk公司。

NanoArk公司采用了一種稱為Waferfiche的光刻法工藝，把文件刻錄到極小的硅盤上，每個硅盤可以容納兩千幅字母大小的圖像。Waferfiche工藝制成的硅盤可以耐受一定時間的火燒，重要的是完全防水。NanoArk公司指出，潮氣才是各種信息保存手段最大的威脅。Waferfiche技術(shù)可以把重要記錄保存500年。而現(xiàn)有流行的很多文獻(xiàn)保存技術(shù)——例如縮微膠片——也具備同樣的保存時長，但必須提供一定的溫度和濕度環(huán)境才能做到。Waferfiche則無需這樣的條件，因此保存的成本比較低，對環(huán)境的影響也比較小。如果打算讀取硅盤上的信息，所需的只是一副放大鏡而已。目前還沒有其他技術(shù)能夠在重要文獻(xiàn)長期保存方面與Waferfiche相提并論。

案例4 行星導(dǎo)航AI“腦”有助于無人機(jī)和汽車避免碰撞

NASA出資的深空計算研究旨在開發(fā)可以自主探索行星地形的機(jī)器人，例如，要將自學(xué)機(jī)器人放在火星上，只能依靠星上計算能力，不能把信息發(fā)送給服務(wù)器，沒有GPS，向火星發(fā)送的任何信息都可能會被破壞或完全失效，而且很難在火星和地球之間實施大量通信和信息交換。需要研究能夠在這些最苛刻條件下工作的系統(tǒng)。

馬西米利亞諾·范思哲與波士頓大學(xué)認(rèn)知和神經(jīng)系統(tǒng)部門的同事一起創(chuàng)建了Neurala公司，該公司的核心技術(shù)是以人腦為模型的人工智能（AI）“腦”神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)軟件，可以使用普通相機(jī)和傳感器與其環(huán)境互動并從中學(xué)習(xí)。Neurala大腦可以在本地處理周圍環(huán)境，因此不需要像其他AI系統(tǒng)那樣的基于云的超級計算機(jī)。2009年初，該團(tuán)隊開始致力于國防高級研究計劃局（DARPA）SyNAPSE項目，旨在研發(fā)低功率計算機(jī)，這種計算機(jī)受生物神經(jīng)系統(tǒng)尤其是大腦的啟發(fā)，這是該研究可能產(chǎn)生理論影響的初步信號。NASA蘭利研究中心看到類腦系統(tǒng)的潛在應(yīng)用，與Neurala公司簽訂小企業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)讓（STTR）合同，這份合同的第一階段致力于展示火星上的漫游車如何學(xué)會在無人監(jiān)督的仿神經(jīng)計算模式下導(dǎo)航，并在陌生的環(huán)境中找到自己的路徑。2011年，Neurala與波士頓大學(xué)神經(jīng)形態(tài)實驗室的學(xué)術(shù)伙伴合作，完成了STTR第一階段的研究，并進(jìn)行了另外一個關(guān)鍵研發(fā)，很快變成其商業(yè)產(chǎn)品：基于被動式傳感器的可視處理器，使機(jī)器人能夠識別對象并與對象交互并學(xué)習(xí)新的地形。因為視覺處理器在地球上有明顯的潛在用途，所以NASA創(chuàng)新基金提供另一個獎項支持Neurala團(tuán)隊，開發(fā)無人機(jī)避碰技術(shù)。

Neurala為消費(fèi)者機(jī)器人和無人機(jī)創(chuàng)建了幾個iOS和Android應(yīng)用程序，如Parrot Jumping Sumo地面機(jī)器人，DJI Phantom和Parrot Bebop無人機(jī)。該公司還向無人機(jī)制造商Parrot和Teal授權(quán)該技術(shù)。這些產(chǎn)品幫助公司進(jìn)入其真正的市場：設(shè)計者和制造商。Neurala在2016年12月宣布已經(jīng)在其A輪融資中籌集了1400萬美元——此前的種子輪已經(jīng)融資了200萬美元——并且已經(jīng)與幾家無人機(jī)公司、工業(yè)機(jī)器人制造商以及一家開發(fā)自動駕駛汽車的制造商簽訂了合同。Neurala公司的主要產(chǎn)品，即Brains for Bots軟件開發(fā)套件，使應(yīng)用程序開發(fā)人員能夠?qū)eurala 大腦集成到為無人機(jī)、自動駕駛汽車、工業(yè)機(jī)器人、智能相機(jī)、玩具、小工具、移動電話以及計算機(jī)中使用的各種計算平臺而創(chuàng)建的程序中。該軟件可以學(xué)習(xí)識別、查找和跟蹤對象。后期的軟件迭代將集成導(dǎo)航和先進(jìn)避撞功能。

范思哲說：“如果沒有NASA，Neurala公司就不會成為現(xiàn)在的樣子。”

案例5 耐受高溫和輻射的薄膜用于保護(hù)電子產(chǎn)品

1972年，NASA蘭利中心的科研人員從事了一項研究，希望能開發(fā)出一種能在太空中使用的強(qiáng)健材料。他們把多層高強(qiáng)度聚酰亞胺結(jié)合在一起，形成了一種厚度很小的薄膜。聚酰亞胺薄膜可以耐受宇宙中的極端溫度和輻射，因此有應(yīng)用價值。

嘗試了大約100種不同的聚酰亞胺結(jié)構(gòu)之后，科研人員發(fā)現(xiàn)了幾種近乎于無色透明的結(jié)構(gòu)。在太空中，有顏色意味著會吸收熱量，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和電路受損。他們進(jìn)一步探索無色聚酰亞胺的奧秘，發(fā)現(xiàn)無色聚酰亞胺在模擬宇宙環(huán)境中表現(xiàn)出了更穩(wěn)定的性能，并發(fā)明了兩種被稱為無色聚酰亞胺1號和2號（CP1和CP2）的薄膜。

90年代，SRS技術(shù)公司從蘭利中心取得了聚酰亞胺的獨(dú)家專利，提出了一些制造工藝上的改進(jìn)方法，在批次規(guī)模、幅寬、再生性、分子量方面都有了改進(jìn)。2007年，ManTech技術(shù)公司收購了SRS，后又成立了NeXolve公司，開發(fā)輕質(zhì)的望遠(yuǎn)鏡用薄膜光學(xué)設(shè)備。這家公司已經(jīng)開發(fā)出了透明光學(xué)薄膜和反射光學(xué)薄膜。利用這種材料開發(fā)出了薄膜反射鏡，其效果和玻璃反射鏡相當(dāng)，但重量要小得多。這家公司還把CP1薄膜與銅箔相結(jié)合，作為航天器的絕熱材料使用。

今天的聚酰亞胺薄膜在很多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，從筆記本電腦到烤面包機(jī)，這是因為它不但耐熱，而且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。CP1在復(fù)雜溫度和環(huán)境下表現(xiàn)出了穩(wěn)定的物理和電特性。由于它的吸水性比傳統(tǒng)高分子材料低得多，因此可以用作印刷電路板基材。在一個有限面積上，電子設(shè)備越多，發(fā)熱就越嚴(yán)重，也就會導(dǎo)致更嚴(yán)重的熱脹冷縮。熱脹冷縮越顯著，吸水就越嚴(yán)重。如果基材不吸水，就能有效改善電路性能。NeXolve公司還與印刷電路板測試企業(yè)、計算機(jī)硬盤零件供應(yīng)商展開合作，特別是打算把產(chǎn)品用在硬盤驅(qū)動器電機(jī)懸架上。