機械工程

超高真空機械解理和堆垛技術研究

北京理工大學黃元教授與中國科學院物理研究所馮寶杰等人合作，設計并搭建了一套工作于超高真空環境下的二維材料機械解理-堆垛系統。相關成果發表于《科學通報》（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）和化學氣相沉積為代表的“自下而上”法和以機械解理為代表的“自上而下”法。研究者將機械解理技術與超高真空MBE技術結合，在本底真空10-10mbar量級的環境中，制備了多種原子級平整、潔凈的表面，并利用機械解理技術在這些襯底上成功解理了多種單層和少層二維材料，為制備高質量的二維材料及異質結樣品、研究材料的本征物性及界面演生現象提供了新方法。

人工心臟泵除栓技術研發

清華大學機械工程系微流體課題組李永健副教授等聯合阜外醫院心血管外科王欣主任團隊開發了基于超聲作用的人工心臟泵除栓新技術。相關成果發表于《先進科學》（Advanced?Science）。人工心臟泵是目前絕大多數嚴重心衰患者賴以維持生命的重要醫療設備，而血栓問題一直是制約人工心臟泵長期可靠運行的重要原因，嚴重威脅著患者們的生命健康。新技術利用植入式超聲裝置，實現了對泵上血栓的快速有效清除。多例動物實驗均在30分鐘內實現了超過80%的除栓效果，且各項指標均達到預期目標。相關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。

用于光計算的寬帶超快非線性激活器研究

中國科學院上海光學精密機械研究所微納光電子功能材料實驗室與復旦大學聯合研究團隊，制備了基于Ti3C2TxMXene寬帶超快非線性激活器，并對其進行了原理性驗證。相關成果發表于《先進光學材料》（Advanced?Optical?Materials）。對于復雜的熒光圖像超分辨率重構任務，研究人員使用了具有光學非線性激活函數的卷積神經網絡成功生成了豐富的圖像細節及清晰的紋理，并且恢復了準確的高分辨率圖像。對于光學非線性激活器的研究，研究人員提出了4個必要的標準：恢復時間、對線性的偏離、接近恒等變換以及配置可重構性，并且系統地研究了這4個標準背后的物理機制。

繩驅動連續體機器人感知用類皮膚水凝膠傳感器

中國科學院寧波材料技術與工程研究所陳濤、張弛等人合作，運用由離子導電聚丙烯酰胺/海藻酸鹽/納米粘土聚合物復合水凝膠制成的類皮膚狀水凝膠傳感器，實現了繩驅動連續體機器人（CDCR）柔性自我感知。相關成果發表于《先進功能材料》（Advanced?Functional?Materials）。CDCR具有結構輕巧、安全和自由度高等特點，可在狹窄和復雜的環境中很好地工作。CDCR系統中常用的光纖布拉格光柵傳感器模量高、伸長率極低、缺乏粘附機制，限制了軟體機器人的運動且易與機器人分層。研究構建了用于調節CDCR彎曲的閉環控制系統，可構建“驅動-傳感-反饋”指導后繼驅動的閉環控制。

基于超材料的“電子鎧甲”研究

華中科技大學機械科學與工程學院黃永安團隊制備了可自適應共形的仿生超材料電子鎧甲。相關成果發表于《先進材料》（Advanced?Materials）。自然界中，經過數百萬年的自然篩選，生物鎧甲已廣泛進化為一種有效的防御機制。受蛇皮啟發，研究者提出了一種軟節點剪紙力學超材料，實現硬質鱗片在復雜曲面上的自適應共形。在此基礎上，他們通過引入導電可拉伸功能材料、FPGA電路控制、柔性傳感器等功能器件，構建具備電子功能的E-armor（電子鎧甲）;通過仿蛇吞蛋實驗展示了E-armor的感知能力。通過集成柔性壓力傳感器，圓管狀E-armor能夠精準監測蛋的大小和位置。此外，E-armor還具備外部環境感知的能力。

工業機器人故障診斷研究進展

中國科學院沈陽自動化研究所工業控制網絡與系統研究室科研人員提出了基于生成對抗網絡的工業機器人變工況故障診斷方法，有效提升了傳統數據驅動工業機器人故障診斷算法的泛化能力。相關成果發表于《IEEE儀器與測量學報》（IEEE?Transactions?on?Instrumentation?and?Measurement）。工業機器人被稱為“制造業皇冠頂端的明珠”，是衡量一個國家科技創新和高端制造水平的重要標志。工業機器人實際運行過程中，轉速和負載處于持續改變過程中，嚴重影響了數據驅動方法的診斷性能。研究成果對于提升工業機器人平均故障間隔時間、縮短單臺機器人維修工期、降低全壽命周期運維成本具有現實意義。

細胞遷移與變形的相場模擬研究

東南大學機械工程學院孫東科、吳意豪等人與西北工業大學邢輝、蘇州大學張慶宇合作，在細胞動力學的數值模擬研究方向取得新進展。相關成果發表于《數學》（Mathematics）。動脈粥樣硬化等心血管疾病與細胞在血管中的遷移變形、淤積阻塞過程息息相關。因此，研究細胞在不同生理條件下個體及群體運動演化行為，對于深入理解血管疾病成因和提出科學預防醫治辦法具有重要意義。研究人員采用相場方法模擬研究了微介觀尺度下細胞遷移、形變、堆積等包含復雜邊界演化的物理過程，討論了影響細胞動力學行為的關鍵因素，并給出了一種可能誘發血栓形成的動力學機制。

光電式柔性壓力傳感研究

中國科學院自動化研究所程龍等人基于新型傳感器制作了觸覺數據手套，可以用于虛擬音樂彈奏、水果重量測量等應用。相關成果發表于《軟體機器人》（Soft?Robotics）。柔性壓力傳感器可以用于人機交互、軟體機器人、康復醫療等領域。科研人員將結構設計與光電原理相結合，提出了一種柔性壓力傳感新思路，制備了基于主動遮擋的光電式壓力傳感器。這一傳感器與傳統光纖式傳感器相比，靈敏度能夠提升約一個數量級。這一傳感器性能可以通過改變遮光結構來靈活調整，以滿足不同的使用場景。其可以采用的兩種不同的遮光結構為：單列金字塔和雙列金字塔。

（本欄目責編：黃雪霜）