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在新一代电池中,“少”可能“多”

莱斯实验室用硅阳极和保护阴极的氧化铝涂层来测试电池

开发更好的可充电电池的过程可能是多云的,但有氧化铝衬里。

莱斯大学(Rice University)布朗工程学院(Brown School of Engineering)的工程师们在普通的阴极上涂了一层薄薄的金属氧化物,揭示了一些新现象,这些新现象可能会使电池更适合电动汽车使用,并能更有效地进行离网储能。

From left, Rice University graduate student Quan Anh Nguyen, postdoctoral fellow Anulekha Haridas and graduate student Botao Farren Song construct full-cell batteries with high-capacity silicon anodes and high-voltage nickel manganese cobalt oxide cathodes coated with protective alumina. (Credit: Jeff Fitlow/Rice University)

从左至右,莱斯大学的研究生Quan Anh Nguyen、博士后Anulekha Haridas和研究生Botao Farren Song用高容量的硅阳极和涂有保护氧化铝的高压镍锰钴氧化物阴极构建全电池。杰夫·菲特洛拍摄

美国化学学会(American Chemical Society)的ACS应用能源材料(ACS Applied Energy Materials)上发表的这项研究,描述了一种此前不为人知的机制,即锂离子被困在电池中,从而限制了它以全功率充电和放电的次数。

但在某些情况下,这一特性并不会降低人们对这种电池的期望。

莱斯实验室的化学和生物分子工程师Sibani Lisa Biswal在电池中找到了一个最佳的点,通过不最大化他们的存储容量,可以为需要的应用提供稳定的循环。

Rice University engineers built lithium-ion batteries with silicon anodes and an alumina layer to protect cathodes from degrading. (Credit: Illustration courtesy of the Biswal Lab/Rice University)

莱斯大学的工程师们制造了带有硅阳极和氧化铝层的锂离子电池,以保护阴极不退化。图片由Biswal实验室提供

比斯瓦尔说,传统的锂离子电池使用的是石墨阳极,其容量不足每克400毫安时(毫安/克),而硅阳极的容量可能是石墨阳极的10倍。但这也有不利的一面:当硅与锂合金结合时,硅会膨胀,从而对阳极产生压力。通过使硅多孔性,并将其容量限制在1000毫安时/克,该团队的测试电池提供了稳定的循环和仍然优秀的容量。

Biswal说:“最大的产能会给材料带来很大的压力,所以这是一个在没有同等压力的情况下获得产能的策略。”“每克1000毫安时仍然是一个很大的飞跃。”

由博士后Anulekha Haridas领导的团队测试了将多孔、大容量硅阳极(代替石墨)与高压镍锰钴氧化物(NMC)阴极配对的概念。充满电池的锂离子电池在1000毫安时/克的稳定循环能力可以持续数百次。

一些阴极有3纳米氧化铝层(通过原子层沉积应用),而另一些则没有。在氢氟酸存在的情况下,那些涂有氧化铝涂层的材料可以保护阴极不被分解,氢氟酸是在微量水侵入液体电解质时形成的。测试表明,氧化铝还加快了电池的充电速度,减少了电池的充放电次数。

Rice University researchers -- from left, Sibani Lisa Biswal, Botao Farren Song, Quan Anh Nguyen and Anulekha Haridas -- built full lithium-ion batteries with silicon anodes and an alumina layer to protect cathodes from degrading. By limiting their energy density, the batteries promise excellent stability for transportation and grid storage use. (Credit: Jeff Fitlow/Rice University)

莱斯大学的研究人员从左至右分别是
2, Sibani Lisa Biswal, Botao Farren Song, Quan Anh Nguyen和Anulekha Haridas
2。通过限制它们的能量密度,电池有望在运输和电网存储使用中具有良好的稳定性。杰夫·菲特洛拍摄

Haridas说,由于锂通过氧化铝的快速运输,这里似乎有大量的陷阱。研究人员已经知道硅阳极捕捉锂的可能方式,使其不能用于电力设备,但她说,这是氧化铝本身吸收锂直到饱和的第一个报告。她说,在这一点上,这一层就变成了快速进出阴极的催化剂。

“这种锂捕获机制有效地保护了阴极,帮助保持稳定的容量和能量密度,为整个电池,”Haridas说。

论文的合著者包括莱斯大学的研究生全安阮(Quan Anh Nguyen)和宋博涛(Botao Farren Song),以及福特汽车公司(Ford Motor Co.)的研发工程师雷切尔·布拉泽(Rachel Blaser)。

福特大学的研究项目支持了这项研究。

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全纳教学在第七届卓越教学中心研讨会上展出

改善课堂上的互动可以培养出高度投入的学生,让他们更好地学习

去年,著名教育家布莱恩•德斯伯里(Bryan Dewsbury)因为一篇《高等教育纪事报》(Chronicle of Higher Education)的文章引起了广泛关注。这篇文章探讨了罗德岛大学(University of Rhode Island)生物学助理教授唤醒学生灵魂的方式。

Bryan Dewsbury at the 7th annual CTE teaching and learning symposium

1月10日,罗德岛大学教授Bryan Dewsbury在第七届CTE教学研讨会上发表了演讲。(杰夫·菲特洛摄)

生物教授通常不会这样谈论本科生,但杜斯伯里的想法与赖斯的卓越教学中心(CTE)产生了共鸣。主任Robin Paige邀请Dewsbury在CTE的年度教学研讨会上发言,他在会上发表了富有洞察力的演讲和关于“包容性教学”的研讨会。

包括教学、Dewsbury告诉大米教育家布鲁克曼大厅挤在一个教室1月10日,可以广泛地定义为简单地承认学生进入每个新课程与不同背景和社会经历,这些差异可以阻碍或优势取决于他们允许影响课堂体验。

同样,他说,教育工作者在与学生互动时,承认自己的背景和潜在偏见也很重要。而让教授和学生对立——例如,经典的“现在的孩子”批评——毫无帮助。

“我站在这里,假设一个交了4万美元学费的学生不会早上起来说,‘我要多久才能在这门课上得一个F ?I’m想要失去这笔存款。”“我还会假设,没有哪位教员早上起床后会说,‘我的目标是通过率为3%。’”

Dewsbury led a workshop following a lecture on “inclusive teaching.”

在一场关于“包容性教学”的演讲之后,Dewsbury主持了一个研讨会。

相反,他说,一个更有用的练习是问问我们自己和彼此:“我们如何设计一个系统,让这两位演员都成为最好的自己?”

为了追求更好的教学体系,杜斯伯里将其中一种方法付诸实践,那就是把更多的课堂时间花在讨论上,而不是讲课上。他还使用随机化软件,将学生分配到高度多样化的群体中工作,鼓励他们考虑那些他们可能没有选择合作的人的需求、价值观和观点。

Dewsbury说,当学生在课堂上感到被看到、被听到和被联系在一起时,数据显示他们也学得更好。然而,要做到这一点,教育工作者需要吞下一粒苦果:与学生进行更多此类互动意味着减少对课程内容的关注。

事实上,杜斯伯里报告说,他自己的生物课上教的内容减少了40%。学生应该通过课外阅读和其他作业来学习这些内容。但他的数据显示,当他们整体上学习更有效时,这并不是问题。

Bryan Dewsbury at the 7th annual CTE teaching and learning symposium

德斯伯里说:“我热爱我的工作,其中一个原因就是我知道什么是课堂。”

他说,培养高度投入的学生,让他们更善于学习和思考,这是包容在课堂上很重要的一个原因。从大局来看,那些积极参与、受过良好教育的学生将继续创造伟大的事业。

杜斯伯里指出,北卡罗来纳A&T州立大学(North Carolina A&T State University)和邵逸夫大学(Shaw University)的强大民权组织和运动具有历史意义。这两所大学的学生最初在南方各地实行种族隔离的餐馆柜台前静坐抗议。

德斯伯里说:“我热爱我的工作,其中一个原因就是我知道什么是课堂。”“当你向人们传授教育的解放力量时,看到他们将如何尝试,如何利用教育改变他们的现实是令人兴奋的。”

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一年一度的‘Resumayhem’吸引了很多学生来CCD公司咨询职业建议和买纸杯蛋糕

CCD open house 2020
纸杯蛋糕、韩国烤肉、饺子和冰淇淋并不是Huff House 1月17日挤满学生的唯一原因。在职业发展中心(CCD)举办的年度开放日活动和“Resumayhem”也是一个打磨个人简历和面试技巧的绝佳机会——在打磨完一些免费的快餐之后。

学生们报名参加了与莱斯大学校友、招聘人员或CCD专业人员一对一的活动,然后一边等待一边玩大型草坪游戏、听音乐、吃午餐。(杰夫·菲特洛摄)

CCD open house 2020

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赖斯在一年一度的守夜活动中纪念马丁·路德·金

每年,赖斯社区都会举行一次守夜活动,纪念小马丁·路德·金(Martin Luther King Jr.)的一生。守夜活动由“黑人男性领袖倡议”(Black Male Leadership Initiative)领导和组织。

1月19日,莱斯纪念教堂再次挤满了莱斯的学生、教师和工作人员。“让梦想永存”是今年守夜活动的主题,由赖斯主席大卫·勒布朗和多元文化事务助理主任威廉·埃德蒙介绍。

主讲人雷金纳德·德斯罗奇,威廉和斯蒂芬妮·西克工程学院院长和即将上任的教务长,证明有必要继续认识和铭记民权时代的斗争——以及他们所激发的希望。

“虽然我们在Rice表现得很好,但我们总能做得更好——我们的学生面临的挑战依然存在,尤其是有色人种的学生,”德斯罗彻斯在讲述最近的一个故事之前说。

在这个项目中,像她这样的人太少了,她觉得自己不属于这里。尽管DesRoches承认这种情况可能会在整个研究生院继续下去,但他告诉那位高年级学生,坚持下去很重要——不仅是为了她自己,也是为了以后可能追随她的人。

DesRoches说:“总有一天,会有一个年轻的黑人或棕色皮肤的学生认为他们可以获得博士学位,因为他们看到像你这样的人获得博士学位。”

另一位年轻的工程专业学生告诉观众,坚持是关键。

麦克默特里学院三年级学生大卫·金说:“对我们来说,生活没有水晶楼梯,但我们必须继续前进,我们必须继续前进。”“如果你不会飞,那就跑。”如果你不会跑,那就走吧。如果你不会走,那就爬吧。但无论如何,要继续前进。”

守夜之后,在Rice多元文化中心举行了一场招待会,包括一场由Rice 6037s旋律优美的赞美声演奏的《Lift Ev ‘ry Voice and Sing”》。

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加尔维斯顿运动的新光:休斯敦犹太历史档案获得罕见的小册子

1907年的移民指南是如何为德州历史上精彩的一章添彩的

1901年,戈登的祖父在加尔维斯顿港口受到了一根香蕉的欢迎。这是他姐夫送给新移民的欢迎礼物。

这个来自奥地利的年轻人以前从未见过香蕉,也不知道它是否符合犹太教规,但他认为这种外来水果预示着在美国令人兴奋的未来。

A rare pamphlet printed in 1907 sheds new light on the Galveston Movement. (Photos by Jeff Fitlow)

1907年在乌克兰印刷的一本罕见的小册子为加尔维斯顿运动提供了新的资料。(杰夫·菲特洛摄)

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事实上,当他到达加尔维斯顿时是如此激动,以至于他从未离开——“甚至从未想过要穿过堤道,”在赖斯的财政办公室工作的戈登说。

但是,作为1907年至1914年间“加尔维斯顿运动”的一部分,来自东欧的一万名犹太移民通过该港口抵达美国,他们中的大多数人分布在整个德克萨斯州和美国其他地方。

当戈登的祖父和几年后她的祖母在岛上定居下来时,偶尔从家里寄来的纪念品提醒他们,他们做出了离开旧世界的艰难决定。

“每年他们都会收到一张来自欧洲的照片,这就是为什么他们知道什么时候有人去世了——那个人已经不在照片里了,”戈登回忆起祖母的故事时说。“当她母亲从照片上消失时,她坐在湿婆身边。”

1917年一位犹太移民到德克萨斯州的向导

像这样的奇闻轶事可以作为加尔维斯顿移民运动的个人故事的提醒——就像去年年底由约书亚·弗曼为休斯顿犹太历史档案馆(位于丰德伦图书馆6037s伍德森研究中心)获得的《移民过程的稀有指南》这样的原始文件一样。

Houston Jewish History Archive director Joshua Furman obtained the pamphlet from a rare Judaica book deal in New York City and will publish the pamphlet's full translation in Southern Jewish History.

休斯敦犹太历史档案馆主任约书亚·弗曼从纽约市一笔罕见的犹太书籍交易中获得了这本小册子,并将很快在《南方犹太历史》杂志上出版这本小册子的全文翻译。

这本精致的小册子是已知的仅有的两本之一,1907年在乌克兰印刷,大部分是用意第绪语。另一本小册子从来没有被翻译过,当弗曼听说这本小册子——藏在纽约一个稀有的犹太书商的收藏里——要出售时,他就急忙去买。

很快,这本小册子到了休斯敦,由莫里斯和朱迪·沃尔夫索尔翻译。他们的工作揭示了一份德州指南——当时那里有2万名犹太人——非常准确。

德州描述了可用的工作在不同的城市,犹太人口和机构发现(包括休斯顿的60000人口2500犹太人),会发生什么时,加尔维斯顿港的天气和诚实的评估:“除了部分南部,气候对你的健康有好处,尤其是在冬天。”

对弗曼来说,这是一个巨大的发现。

“现在我们有了一份文件,它可以让1907年生活在东欧一个叫shtetl的小村庄里的人们信服——他们对德克萨斯了解多少?”-试图吸引他们进行这一不可思议的旅程,”弗曼说。

虽然加尔维斯顿运动只进行了七年多,但它对在美国的犹太人产生了巨大的影响。

大多数东欧犹太人是通过埃利斯岛来到美国的。但在第一次世界大战前的十年里,纽约市富有的犹太慈善家雅各布?希夫(Jacob Schiff)认识到,有必要把犹太人从俄罗斯和波兰各地蔓延的大屠杀中拯救出来。

弗曼说:“他不想让他们去埃利斯岛旅行,因为他担心,如果说依地语的东正教或社会主义犹太移民在纽约下东区过于拥挤,那会给国会中反对移民的倡导者提供更多口实。”

他说:“我们的想法是把这些移民送到美国的中心地带,在那里他们不会被反对移民的仇外分子注意到,他们会在那里找到工作,找到人身安全,融入美国生活。”

Rabbi Henry Cohen, the well-known Galveston leader of Congregation B'nai Israel, greeted every Jewish immigrant who arrived at the port as part of the Galveston Movement.

拉比亨利科恩,加尔维斯顿著名的巴6037nai以色列教会领袖,迎接每一个犹太移民抵达港口作为加尔维斯顿运动的一部分。

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加尔维斯顿既有繁忙的港口,又有巨大的火车终点站,是埃利斯岛的理想选择。因此,希夫的导游指导来自东欧各地的犹太人第一次去不来梅旅行,在现代德国。在那里,他们住在由席夫的慈善家伙伴们经营的适合科赫人居住的旅馆里,直到下一艘船载着他们踏上了将近一个月的德州之旅。

从加尔维斯顿出发,庞大的铁路网络将新到者送往马歇尔镇、坦普尔镇等地,远至罗德岛州和加利福尼亚州。

“他一定见过这样一本小册子。”

保拉·桑德斯的曾祖父是加尔维斯顿运动的一员,1911年来到这里。他最终和其他家庭成员一起住在圣约瑟夫镇,这是堪萨斯城以北的一个小镇,位于铁路线的密苏里一侧。桑德斯说,组织严密的堪萨斯城犹太社区的年长成员仍然称这个港口城市为“盖尔-韦斯顿”,这是一种经典的意第绪语,强调倒数第二个音节。

伯尼乌克宗教宽容研究所(Boniuk Institute for Religious Tolerance)主任、历史学教授桑德斯(Sanders)说,“当我参加赖斯大学的面试时,我说,‘你知道,我实际上是德州人。’”她刚读完一本翻译好的小册子,不久将在《南方犹太史》杂志上发表。

桑德斯说:“我知道我的曾祖父是从不来梅乘船来的,但直到我读到这篇文章,我才意识到他是自己到达那里的原因。”“他是怎么到不来梅的?”他一定见过这样一本小册子。”

对于弗曼来说,这本小册子将有助于对这些男人、女人和孩子决定进行的旅程的类似问题提供更多的历史启示。

“他们以为自己陷入了什么困境?””弗曼说。“现在,我们有一些相关信息——我们有一些回忆录文学,一些美国报纸上的文章——但这是我们以前没有的又一块拼图。”

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新的计算机系统将在坏的选票设计到达投票站之前检测出来

2000年,佛罗里达州棕榈滩县(Palm Beach County)那场臭名昭著、令人困惑的蝴蝶投票,导致许多选民错误地把票投给了错误的总统候选人,改变了选举结果,也改变了美国历史。

Mike Byrne. Photo by Jeff Fitlow.

迈克伯恩。杰夫·菲特洛拍摄。

莱斯大学(Rice University)心理学和计算机科学教授、人类因素心理学专家迈克·伯恩(Mike Byrne)说,20年后,尽管人们对选举的公正性进行了数十年的讨论,但在确保准确记录选票方面却做得不多。

“拜恩说,选民的意图如果没有转化为实际的选票,就没有任何意义。当出现投票错误时,这意味着选举不能正确地衡量选民真正想要什么。一张设计糟糕的选票可能是这些投票错误的罪魁祸首

然而,拜恩计划通过一个由国家科学基金会资助的50万美元的研究项目来解决这个问题。他的终极目标是:在选票到达投票站之前就发现不良设计。

伯恩意识到这似乎是一项艰巨的任务,因为选举管理是委托给各州的,而大多数州都把责任分配给各县。美国有3,007个县政府

“”byrne说,一个好的可用性专家可以检查选票,并确定它是否有效。当然,问题是要把这个系统部署到所有的县。这是不可能的。可用性测试只是让n’t扩大,而不是”

Byrne’s的替代方案是建立一个计算机系统,它可以作为可用性专家,用扫描系统分析选票,以确定其设计是否会给选民带来问题。

该项目结合了他的两个专业领域:计算建模和投票的人为因素。它将包括眼球跟踪实验,以检测选民如何看待选票,检查不同的选票布局和识别用于投票的策略。他将把他所学到的东西应用到计算机的设计中。

在这个为期三年的项目结束时,拜恩希望这个电脑系统能被全国各地的选举办公室广泛采用。他知道该项目的最终目标是雄心勃勃的,但他和他的研究团队已经在了解不同的投票策略方面取得了进展。一些初步的模型已经建立并运行,研究人员已经完成了两项眼球追踪研究,更多的还在进行中。

“这是一个挑战,但现实世界中最重要的问题是,保护选举绝对是值得的,”” Byrne说。

有关Byrne’s工作的更多信息,请访问http://chil.rice.edu/。

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人,论文和演讲

历史教授兼莱斯’s博尼乌克宗教宽容研究所主任保拉·桑德斯获得了美国众议员希拉·杰克逊·李颁发的国会认可证书,以表彰她杰出的学术生涯和对休斯顿社区的坚定承诺。该奖项于1月16日颁发,当天被休斯顿市宣布为宝拉·桑德斯日。颁奖仪式是在2020年休斯顿拉丁周的启动仪式上进行的。

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到2027年,水稻的研究经费将翻一番

创纪录的趋势继续与大型奖项,倡议

过去两年里,莱斯大学(Rice University)的教职员工在竞争大型、多机构资助的研究奖项时,已经提高了自己的水平,这一趋势使该校有望实现到2027年将研究经费增加一倍至2.5亿美元左右的宏伟目标。

Yousif Shamoo

Yousif Shamoo

由于6037大学成功地吸引了更多的“ -中位数的”资助,水稻研究经费在2019财年增加了16%,达到创纪录的1.56亿美元,这一趋势在2020财年仍将继续。

“研究中心的副主任Yousif Shamoo说:“我们要求我们的教职工要胸怀大志,而他们的回应也很积极。”将研究经费翻一番的战略目标是在2017年’对第二个世纪、第二个十年的展望(V2C2)中提出的。

“ Shamoo说:“2015年,也就是我工作的第一年,我们投入了大约1600万美元在研发中心,有16份提案提交了。”“在2019年,我们的预算为4100万美元和109项提案。这是一种基础广泛的增长,你希望看到你的战略是否奏效。我们的教职工真的很努力工作,要有远大的理想

2019和2020财年的重大项目研究奖项和进展包括:

10月4日,全球卫生倡议启动,旨在改善撒哈拉以南非洲地区的新生儿医院护理。该倡议得到了世界上一些最大的慈善基金会的6800万美元资助,以支持为期四年的两个阶段中的第一个阶段。总部设在莱斯360°全球卫生研究所的NEST360°是一个国际联盟,旨在将撒哈拉以南地区医院的新生儿死亡率降低50%。

德州政策实验室:由Rice’s学院社会科学2018年劳拉和约翰·阿诺德基金会的660万美元的赠款,德克萨斯政策实验室支持和通知该决策过程为官员和政府机构提供科学洞察力和独立、及时评估社会和经济项目和新举措在德克萨斯州。

Collage of general research images碳中心:赖斯12月9日启动了其雄心勃勃的气候变化研究计划,壳牌公司承诺提供1000万美元,目标是创造一个不燃烧碳氢化合物的零排放未来。“碳中心”将与行业伙伴合作,为基础科学和工程技术提供资金和指导,这些技术可以分离碳氢化合物,制造清洁的氢能源和有价值的碳材料。

今年5月,美国国防部高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency)向一个由莱斯领导的神经工程师团队提供了1800万美元,用于开发一种可以直接连接人脑和机器而无需手术的耳机技术。这个雄心勃勃的四年项目是一个由16名研究人员组成的国家合作项目,他们的目标是建立一个“磁、光学和声学神经接入设备” (MOANA)。作为概念验证,该计划旨在将视觉感知从有视力的个体传递到盲人的大脑中。

CPRIT: 11月5日,德克萨斯州选民通过了一项投票修正案,同意提供30亿美元来扩大德州癌症预防与研究所(CPRIT)的运作。自2007年成立以来,CPRIT的招聘基金已帮助莱斯大学引进了15名新教员,其中3名将于2019年加入。

聪明的行星:来自5个研究机构的12名研究人员正联合起来,探索在6037年代的岩石行星形成期,生命的基本元素——碳、氧、氢、氮、硫和磷——发生了什么变化。“聪明的行星”计划于2019财年初宣布成立,总部设在莱斯’s地球、环境和行星科学系,系外行星系统科学(NExSS)研究协调网络的一部分,由美国国家航空航天局提供为期五年的770万美元资助。

拱门:音乐疗法能延缓阿尔茨海默病、痴呆症和其他退化性大脑疾病的进展吗?来自Rice’s社会科学院、Shepherd音乐学院和Wiess自然科学学院的一个跨学科小组正在调查这种可能性。今年3月,在国家艺术基金会(NEA)的资助下,该组织成立了Rice Arts、cognitive and Health Science Initiative(简称arch)。ARCHES正在招募个人进行一项研究,该研究将探索轻度认知障碍的患者是否能从参加音乐创作强化课程中获益。

ARL合作协议:莱斯大学和陆军在10月份宣布了一项为期5年、价值3000万美元的合作协议,以支持莱斯大学实验室和位于马里兰州阿德菲的陆军战斗能力发展司令部陆军研究实验室(ARL)之间的合作研究。最初的努力将集中在先进材料和下一代网络,但该协议的结构允许军队在校园广泛合作。

提高盲文素养:莱斯大学和英属哥伦比亚大学的研究人员进行了一项史无前例的跨学科研究,旨在通过探索盲文是如何被教授和阅读的问题来提高盲文素养。这项研究由美国教育科学研究所(Institute of Education Sciences)提供的140万美元资助,将包括约200名有资格的盲文教师和1800名视力受损的学生。

休斯顿城市数据项目2.0:今年7月,金德城市研究所(Kinder Institute for Urban Research)从休斯顿捐赠基金(Houston Endowment)获得225万美元的赠款,用于扩大其在公共、慈善和非营利领域的数据驱动工作。这项为期三年的拨款充分利用了该研究所现有的数据基础设施,包括城市数据平台和休斯顿社区数据连接。

国家人文基金会:宗教学系的布莱恩·奥格伦获得了一项颇具竞争性和声望的任命,成为国家人文基金会的高级学者。这项为期一年的高级奖学金使奥格伦不仅能够领导纽约犹太历史中心的一群研究生研究员,而且能够开展自己关于犹太人思想和信仰的研究,这些思想和信仰对早期殖民地美国的清教徒和其他非犹太新教思想家产生了重大影响。

生物电子学NRT: 2018年底,一个跨学科团队从国家科学基金会(NSF)获得了300万美元,用于启动生物电子学NSF研究培训计划(NRT)。该项目以生物科学与生物工程研究所(IBB)为基地,利用Rice’s在材料科学、合成生物学和神经工程方面的优势,为学生在细胞/材料界面开发技术做好准备。

ARI合作协议:Rice心理科学家Eduardo Salas领导的一项多学科、多机构的研究工作在10月份获得了陆军行为和社会科学研究所的一项合作协议,以研究军事团队合作。这项研究的目的是帮助军队领导人更好地了解如何最佳地选择、组建、训练和建立有效的团队,以便更容易地适应和应对他们实时面临的情况。

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摄像机通过深度学习实时观察周围的角落

莱斯大学的研究人员和合作者创造了一种快速成像隐藏物体的系统

想象一下,一个摄像头可以看到周围的角落。

研究人员花了数年时间研究如何利用激光把固体墙壁变成镜子。现在,莱斯大学普林斯顿大学南卫理公会大学的工程师们利用一种被称为深度学习的人工智能的力量,创造了一种新的基于激光的系统,可以实时捕捉角落周围物体的细节图像。

Chris Metzler

Chris Metzler(图片由C. Metzler提供)

随着进一步的发展,这种技术可能会让自动驾驶汽车在停放的汽车或繁忙的十字路口周围看到危险或行人。它也可以安装在卫星和宇宙飞船上,用于拍摄小行星洞穴内的图像。

与其他方法相比,我们的非视线成像系统提供了独特的高分辨率和成像速度。这些属性使原本不可能实现的应用程序成为可能,比如在it’s开车时读取隐藏车辆的牌照,或者读取走在街角的人佩戴的徽章

这篇论文发表在《光学学会》杂志的网络版上。在这份报告中,梅茨勒和赖斯的合著者阿肖克·维拉拉格哈万和理查德·巴拉尼克及其同事报告说,他们的成像系统可以分辨出1米外隐藏物体的亚毫米细节。

看到周围的角落

Ashok Veeraraghavan

Ashok Veeraraghavan

梅茨勒是莱斯大学电气和计算机工程专业的三名毕业生。他说,这个系统的设计初衷是用极高的分辨率对小物体进行成像,但也可以与其他成像系统相结合,产生低分辨率的、房间大小的重建图像。

Veeraraghavan是2012年第一个在角落里展示非视线成像的团队成员。该演示使用了一种名为“time- flight”的成像技术,将普通的不透明墙壁转换成镜子。

这就是它的工作原理。来自高速激光的光线从墙上反射到隐藏区域。光线也会反射到隐藏区域的物体上,其中一些光线会反射回墙壁,而it’s又会反射回相机。通过精确测量反射光返回相机
2所需要的时间,成像器可以对隐藏区域进行粗略的成像。

Richard Baraniuk

理查德·巴拉尼克(杰夫·菲特洛/莱斯大学)

“表示,自2012年以来,飞行时间成像技术的主要进步是,你现在可以建造花费数千美元的系统,而不是原先花费100多万美元的设备。“技术非常擅长成像一个大的区域,就像一个房间大小的场景,分辨率大约是一厘米左右。任何比它小的特征或物体都会变得完全模糊

用深度学习解决光学问题

mezler、Veeraraghavan、Baraniuk和同事本周描述了“deep-inverse correlography”成像系统,该系统使用一个商用相机传感器和一个强大的、但不是标准的激光光源,类似于在激光指示器中发现的光源。就像飞行时的方法一样,激光束从一堵可见的墙上反弹到隐藏的物体上,然后又回到墙上。但是,新系统不是测量光返回需要多长时间,而是寻找墙上的干涉图样,即所谓的斑点图样。

deep-inverse correlography imaging setup

这张照片展示了由莱斯大学的工程师和合作者在斯茂大学和普林斯顿大学开发的“深逆correlography”成像系统的实验室设置。这个创新的系统利用一种被称为深度学习的人工智能,结合硬件设备,捕捉隐藏在角落里的物体的高分辨率图像。硬件设备包括一个商用摄像机传感器和一个强大但标准的激光。(图片由Prasanna Rangarajan/SMU提供)

维拉加凡说,从不同方向照射到墙上的光波相互作用,很像池塘水面上的涟漪。在某些地方,这些波彼此抵消,而在其他地方,它们彼此共振并被放大。

他说,这种建设性和破坏性的干扰产生了一种高度随机的强度模式。这个模式包含了很多关于创建它的结构的信息

从散斑图重建隐藏对象需要解决一个具有挑战性的计算问题。短曝光时间对实时成像是必要的,但会产生太多的噪音,现有的算法无法工作。为了解决这个问题,研究人员转向了深度学习。

与其他非视线成像方法相比,我们的深度学习算法对噪音的鲁棒性要高得多,因此可以在更短的曝光时间内进行操作。通过准确地描述噪声,我们能够合成数据来训练算法来解决重构问题,而不需要捕获昂贵的实验训练数据

影像的细节

研究人员测试了这项新技术,利用离墙约1米远的成像装置,重新构建隐藏在角落里的1厘米高的字母和数字的图像。使用四分之一秒的曝光长度,这种方法产生了300微米分辨率的重建。

reconstructed image of a 1-centimeter-tall numeral 7 that was hidden behind a corner

在测试中,赖斯大学开发的一种新的成像系统工程师和SMU和普林斯顿大学的合作者能够重建的图像1-centimeter-tall字母和数字隐藏在一个角落里使用一种被称为深度学习人工智能结合商用相机传感器和其他硬件。成像装置位于离墙约1米的地方,曝光时间为1 / 4秒,产生的重建图像分辨率为300微米。(图片由C.梅茨勒提供)

因此,我们正在讨论的是一个比飞行时间小得多的视野,接近
2,一个几英寸而不是几米的视野,” Veeraraghavan说。但是,在这个有限的领域内,我们能够获得比飞行时间精确100倍的空间分辨率

接下来,Veeraraghavan、Baraniuk和他们的合作者希望将这两种方法结合在一个单一的系统中。为了说明这个系统是如何工作的,Veeraraghavan举了一个在拥挤的房间里拍摄特定人物的面部或身份徽章的例子。

他说:“有了飞行时间,你可以得到一张显示人们位置的粗略图像。一旦你定位了他们的身份证或者他们的脸,你就可以使用相关摄影技术,也就是这篇论文的重点技术,来得到一个非常高分辨率的局部区域的图像

该研究是国防先期研究项目agency’的一部分,通过利用主动光场计划(或称REVEAL)革命性地提高能见度,该计划正在开发各种技术来成像隐藏在角落的物体。

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.rice.edu/2020/01/21/cameras-see-around-corners-in-real-time-with-deep-learning/

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莱斯大学新闻

麦凯布的‘在莱斯媒体中心展出

前VADA准备者的展览汇集了绘画和素描的选择

兰德尔·麦凯布(Randall McCabe)在2019年从赖斯长期的工作室经理和主要筹备人员的职位上退休。但在视觉与戏剧艺术系(VADA)工作了22年之后,他很难离开太久——特别是当McCabe被邀请回来,在VADA 2020年的第一个展览上展示他的艺术作品:“纸上作品2009-2019”。

Randall McCabe Spring 2020 exhibition

展览于1月16日在莱斯媒体中心开幕。喝着啤酒,吃着烤胸肉,赖斯社区的人们出来欢迎麦凯布回到校园。

这次展览汇集了一系列油画和素描作品,它们来自“春分的素描”(drawing from The Equinox),这是一项历时10年的展览,始于2009年。

麦凯布说:“‘Equinox’的图纸是抽象的,它既源于多年前反复出现的形式范例,也源于我将景观视为有生命的倾向。”

的确,有些详细的地形图看起来就像地形图有自己丰富多彩的个性。

Randall McCabe Spring 2020 exhibition

“它们是对伟大的亚洲大师的水墨画、史前洞穴壁画和小孩子的涂鸦的致敬,”麦凯布这样评价他的作品。“就我个人而言,它们是一种微妙而又不间断的回忆,贯穿我的整个人生,我尽可能简明扼要地把它们描绘成我所知道的一切事物的镜像。”

在美国海军潜艇上服役四年后,麦凯布打过一些零工——粉刷房子,照管酒吧。1983年,他从西雅图的康沃尔艺术学院(Cornish College of the arts)获得美术学位。1995年,他搬到休斯顿后举办了自己的首场个展。两年后,麦凯布以VADA商店技术员的身份加入赖斯,2019年5月退休后,他又回到了艺术领域。

麦凯比说,接下来是一套木刻版画。

“纸上作品2009-2019”将于2月10日在赖斯媒体中心画廊展出。(照片由Katharine Shilcutt提供)

Randall McCabe Spring 2020 exhibition

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