利用无人机光学热成像监测火山活动

朱崇恺

由于活火山存在坍塌或爆发的风险，迄今为止，对其进行实时监测一直是火山学的一大挑战。为解决这一难题，德国地球科学研究中心（GFZ）的研究人员在危地马拉圣玛丽亚火山使用无人机进行了一系列光学和热成像的可重复成像研究。

圣玛丽亚火山的火山口是一个由黏性熔岩组成的结构，称为熔岩穹顶，形状上类似于瓶塞。研究人员使用这些图像能够证明，熔岩穹顶在两个不同的时间尺度上显示出运动轨迹，分别是穹顶的缓慢生长和黏性熔岩的快速挤出。该研究发表在《科学报告》杂志上。这项研究的第一作者埃德加·佐恩（Edgar Zorn）表示：“我们为无人机配备了不同的摄像头，以不同的时间间隔让无人机飞越火山口，使用特定的立体成像技术，以前所未有的精度测量熔岩流和熔岩穹顶的运动轨迹。通过数据的比对，我们能够确定火山的流速、运动方式和表面温度。”这些参数对于预测火山爆发的危险性而言非常重要，研究人员还成功地从这些数据中得出了熔岩的流动特性。

科学家在圣玛丽亚火山的卡连特火山锥上使用的无人机均安装有两台摄像机，一台能拍摄高分辨率的照片，另一台能够进行光学热成像。结合特殊的计算机算法，研究人员能够通过这些图像创建出完整而详细的3D模型以及温度模型，其分辨率高达厘米级。

尽管无人机的工作能极大限度降低火山学家的危险，但对于他们而言，更大的挑战在于模型的后期处理和计算。“必须精确定位各种3D模型，以便后期进行比对。这是一项艰苦而细致的工作，但这些努力是值得的，因为即使是极小的火山运动也可以即刻被发现，”佐恩解释道：“在这项研究中，我们为火山运动的监测提供了新的可能，在未来的测量项目中非常受用。”

如孔雀羽毛般的宝石智能传感器

供稿 / 朱崇恺

由萨里大学和萨塞克斯大学领导的国际科学家团队从蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的仿生学中汲取了灵感，以蛋白石为基础开发出一种创新材料，该材料可能成为下一代智能传感器的基石。蛋白石是二氧化硅的水合物，一般具有玻璃光泽或蜡状光泽。

这项研究发表在《高级功能材料》上。研究人员概述了一种生产光学晶体的方法，在蛋白石中添加极少量的石墨烯，其可以作为多功能传感器使用，并在不同条件下产生肉眼可见的不同颜色——传感器在自然光线下呈现耀眼的绿色，在拉伸之后呈现蓝色，而在受热之后变透明。

由于晶体材料对温度在20～100℃之间的微小变化都十分敏感，该技术能够应用在食品和药品的智能包装上，如易腐败的食品和药品，在经历了不同的时间和温度条件下，包装上会随之呈现出变化的传感器，从而为使用者提供视觉提示。