機(jī)械工程

超高真空機(jī)械解理和堆垛技術(shù)研究

北京理工大學(xué)黃元教授與中國科學(xué)院物理研究所馮寶杰等人合作，設(shè)計(jì)并搭建了一套工作于超高真空環(huán)境下的二維材料機(jī)械解理-堆垛系統(tǒng)。相關(guān)成果發(fā)表于《科學(xué)通報(bào)》（Science?Bulletin）。制備二維材料的方法主要分為兩大類：以分子束外延（MBE）和化學(xué)氣相沉積為代表的“自下而上”法和以機(jī)械解理為代表的“自上而下”法。研究者將機(jī)械解理技術(shù)與超高真空MBE技術(shù)結(jié)合，在本底真空10-10mbar量級(jí)的環(huán)境中，制備了多種原子級(jí)平整、潔凈的表面，并利用機(jī)械解理技術(shù)在這些襯底上成功解理了多種單層和少層二維材料，為制備高質(zhì)量的二維材料及異質(zhì)結(jié)樣品、研究材料的本征物性及界面演生現(xiàn)象提供了新方法。

人工心臟泵除栓技術(shù)研發(fā)

清華大學(xué)機(jī)械工程系微流體課題組李永健副教授等聯(lián)合阜外醫(yī)院心血管外科王欣主任團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于超聲作用的人工心臟泵除栓新技術(shù)。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced?Science）。人工心臟泵是目前絕大多數(shù)嚴(yán)重心衰患者賴以維持生命的重要醫(yī)療設(shè)備，而血栓問題一直是制約人工心臟泵長期可靠運(yùn)行的重要原因，嚴(yán)重威脅著患者們的生命健康。新技術(shù)利用植入式超聲裝置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)泵上血栓的快速有效清除。多例動(dòng)物實(shí)驗(yàn)均在30分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了超過80%的除栓效果，且各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。相關(guān)研究為人工心臟泵血栓難題的解決提供高效而安全的新途徑。

用于光計(jì)算的寬帶超快非線性激活器研究

中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所微納光電子功能材料實(shí)驗(yàn)室與復(fù)旦大學(xué)聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，制備了基于Ti3C2TxMXene寬帶超快非線性激活器，并對(duì)其進(jìn)行了原理性驗(yàn)證。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)光學(xué)材料》（Advanced?Optical?Materials）。對(duì)于復(fù)雜的熒光圖像超分辨率重構(gòu)任務(wù)，研究人員使用了具有光學(xué)非線性激活函數(shù)的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)成功生成了豐富的圖像細(xì)節(jié)及清晰的紋理，并且恢復(fù)了準(zhǔn)確的高分辨率圖像。對(duì)于光學(xué)非線性激活器的研究，研究人員提出了4個(gè)必要的標(biāo)準(zhǔn)：恢復(fù)時(shí)間、對(duì)線性的偏離、接近恒等變換以及配置可重構(gòu)性，并且系統(tǒng)地研究了這4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)背后的物理機(jī)制。

繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)器人感知用類皮膚水凝膠傳感器

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所陳濤、張弛等人合作，運(yùn)用由離子導(dǎo)電聚丙烯酰胺/海藻酸鹽/納米粘土聚合物復(fù)合水凝膠制成的類皮膚狀水凝膠傳感器，實(shí)現(xiàn)了繩驅(qū)動(dòng)連續(xù)體機(jī)器人（CDCR）柔性自我感知。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)功能材料》（Advanced?Functional?Materials）。CDCR具有結(jié)構(gòu)輕巧、安全和自由度高等特點(diǎn)，可在狹窄和復(fù)雜的環(huán)境中很好地工作。CDCR系統(tǒng)中常用的光纖布拉格光柵傳感器模量高、伸長率極低、缺乏粘附機(jī)制，限制了軟體機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)且易與機(jī)器人分層。研究構(gòu)建了用于調(diào)節(jié)CDCR彎曲的閉環(huán)控制系統(tǒng)，可構(gòu)建“驅(qū)動(dòng)-傳感-反饋”指導(dǎo)后繼驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)控制。

基于超材料的“電子鎧甲”研究

華中科技大學(xué)機(jī)械科學(xué)與工程學(xué)院黃永安團(tuán)隊(duì)制備了可自適應(yīng)共形的仿生超材料電子鎧甲。相關(guān)成果發(fā)表于《先進(jìn)材料》（Advanced?Materials）。自然界中，經(jīng)過數(shù)百萬年的自然篩選，生物鎧甲已廣泛進(jìn)化為一種有效的防御機(jī)制。受蛇皮啟發(fā)，研究者提出了一種軟節(jié)點(diǎn)剪紙力學(xué)超材料，實(shí)現(xiàn)硬質(zhì)鱗片在復(fù)雜曲面上的自適應(yīng)共形。在此基礎(chǔ)上，他們通過引入導(dǎo)電可拉伸功能材料、FPGA電路控制、柔性傳感器等功能器件，構(gòu)建具備電子功能的E-armor（電子鎧甲）;通過仿蛇吞蛋實(shí)驗(yàn)展示了E-armor的感知能力。通過集成柔性壓力傳感器，圓管狀E-armor能夠精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)蛋的大小和位置。此外，E-armor還具備外部環(huán)境感知的能力。

工業(yè)機(jī)器人故障診斷研究進(jìn)展

中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)研究室科研人員提出了基于生成對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)的工業(yè)機(jī)器人變工況故障診斷方法，有效提升了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)工業(yè)機(jī)器人故障診斷算法的泛化能力。相關(guān)成果發(fā)表于《IEEE儀器與測(cè)量學(xué)報(bào)》（IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement）。工業(yè)機(jī)器人被稱為“制造業(yè)皇冠頂端的明珠”，是衡量一個(gè)國家科技創(chuàng)新和高端制造水平的重要標(biāo)志。工業(yè)機(jī)器人實(shí)際運(yùn)行過程中，轉(zhuǎn)速和負(fù)載處于持續(xù)改變過程中，嚴(yán)重影響了數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)方法的診斷性能。研究成果對(duì)于提升工業(yè)機(jī)器人平均故障間隔時(shí)間、縮短單臺(tái)機(jī)器人維修工期、降低全壽命周期運(yùn)維成本具有現(xiàn)實(shí)意義。

細(xì)胞遷移與變形的相場(chǎng)模擬研究

東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院孫東科、吳意豪等人與西北工業(yè)大學(xué)邢輝、蘇州大學(xué)張慶宇合作，在細(xì)胞動(dòng)力學(xué)的數(shù)值模擬研究方向取得新進(jìn)展。相關(guān)成果發(fā)表于《數(shù)學(xué)》（Mathematics）。動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病與細(xì)胞在血管中的遷移變形、淤積阻塞過程息息相關(guān)。因此，研究細(xì)胞在不同生理?xiàng)l件下個(gè)體及群體運(yùn)動(dòng)演化行為，對(duì)于深入理解血管疾病成因和提出科學(xué)預(yù)防醫(yī)治辦法具有重要意義。研究人員采用相場(chǎng)方法模擬研究了微介觀尺度下細(xì)胞遷移、形變、堆積等包含復(fù)雜邊界演化的物理過程，討論了影響細(xì)胞動(dòng)力學(xué)行為的關(guān)鍵因素，并給出了一種可能誘發(fā)血栓形成的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。

光電式柔性壓力傳感研究

中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所程龍等人基于新型傳感器制作了觸覺數(shù)據(jù)手套，可以用于虛擬音樂彈奏、水果重量測(cè)量等應(yīng)用。相關(guān)成果發(fā)表于《軟體機(jī)器人》（Soft?Robotics）。柔性壓力傳感器可以用于人機(jī)交互、軟體機(jī)器人、康復(fù)醫(yī)療等領(lǐng)域?？蒲腥藛T將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與光電原理相結(jié)合，提出了一種柔性壓力傳感新思路，制備了基于主動(dòng)遮擋的光電式壓力傳感器。這一傳感器與傳統(tǒng)光纖式傳感器相比，靈敏度能夠提升約一個(gè)數(shù)量級(jí)。這一傳感器性能可以通過改變遮光結(jié)構(gòu)來靈活調(diào)整，以滿足不同的使用場(chǎng)景。其可以采用的兩種不同的遮光結(jié)構(gòu)為：單列金字塔和雙列金字塔。

（本欄目責(zé)編：黃雪霜）