通過這項技術，不久的將來或許汽車會向你“喊痛”

美國克萊姆森大學的Oliver Myers（右）和機械工程碩士研究生Brandon Williams正在合作開發的一些智能材料。圖片來源：克萊姆森大學

如果這些裝備都會“喊痛”

美國克萊姆森大學（Clemson University）正在開展一項新的研究，該研究是在美國陸軍研究實驗室的資助下進行的，未來我們的直升機、坦克和其他車輛，都可能通過所使用的“智能材料”來感知其自身的損傷。

初步設想

機械工程副教授Oliver Myers介紹：他們的想法是將磁性敏感材料嵌入到智能材料的整個汽車中，使其作為傳感器；那么當車身受到損傷時，它就會說：“哎喲！我這里受傷了。”就像疼痛被傳遞給大腦一樣，損傷報告也會傳到電腦上，幫助判斷車輛是否還可以繼續行駛或應該返回車庫。

“在這個領域，我們需要這種自我診斷能力，”Myers說：“正如電影《星際迷航》中的中尉Data總是說的那樣：‘我正在執行指定的參數。’我們希望確保我們的平臺至少按照指定的參數執行。”

Myers獲得了來自美國陸軍研究實驗室對該項目的資助款項經費達993,492美元。

這項技術可能為我們帶來什么？

Asha Hall作為美國陸軍技術局的機械師部門領導，也是該項目的首席研究員和材料預測和診斷團隊的領導，他這樣說道：“這項研究可能幫助軍隊節省旋翼機的維修成本；作為一項安全措施，軍隊往往會根據零件的使用時間長短來替換部分零件，不管這些零件是否受損。而嵌入式傳感器可以使部件在其正常狀態下保持更長的使用時間。

“我們試圖延長免維護的運營期，” Hall還說:“那么最大的影響就是減少軍隊的維持成本。”

目前正進行的工作

這項研究建立在快速增長的復合材料領域，這些材料被廣泛應用于從汽車到飛機的各種產品。復合材料通常看起來和摸起來都比較像塑料，但比包括鋼在內的金屬來得更輕和更堅固。

該研究團隊正在將多層復合材料之間夾入“磁致伸縮”材料，形成層壓層的結構。磁致伸縮材料可以對磁場或應力的變化作出反應，使其能充當感知損傷的神經。Myers說：“這樣復合層壓板就有效地成為了一種智能結構，它能探測到的破壞類型包括撞擊、破裂和異常負載。”

獨特之處

該團隊所研究項目的獨特之處在于，在制造過程中，將能夠感知損傷的磁致伸縮材料嵌入到結構本身中，而不是在結構已經建成后附加傳感器。Myers說：“如果是附加這些外部傳感器，通常就意味著需要配套的額外設備。”

他說，磁致伸縮材料不需要動力驅動，其重量輕，且可以在惡劣的環境中運行。

關于Oliver Myers副教授

Richard Figliola是機械工程部門的代理主席，他認為Myers 很有資格領導這項研究——“Myers博士在智能材料和智能結構方面有豐富的經驗，從納米級到宏觀尺度的各種系統。他在很多期刊上發表過文章；并參加了很多相關的合作會議，正是在這些會議上他與該項目的一些合作者建立的關系。他的這個項目收到資助是當之無愧的。”

研究靈感

Myers說：“這項研究的靈感來自于他在巴爾的摩的馬里蘭大學機械工程系所做的研究”。當時他是在梅爾霍夫獎學金項目資助下在那邊進行的學習研究。那時，他就開始考慮將材料嵌入到復合結構中，以觀察是否可以探測到損傷。

他說：“他首先在小范圍內進行了試驗；覆蓋到一個完整的領域可能需要10~20年的時間。”但Myers 的目的依然是堅持推動這方面的研究。

核心問題

Myers提出的核心問題是，該團隊如何利用嵌入的磁致伸縮材料創造出一種“靈敏的傳感操作”。他說：“穩健性意味著它是可觀測的、可重復的、可測量的和可持續性的。”

“我們希望這不僅是一個臺式實驗，而是能把它放在更大的結構和更大的系統中，一旦我們從臺式擴展到一個全尺寸的系統，它的功能將發展成一種無損檢測或無損評價的健康監測平臺，”他說。

Anand Gramopadhye是工程、計算和應用科學學院的院長，他對Myers獲得這一資助也表示祝賀——“Myers所開展的尖端而創新的研究，很可能會導致一些重大的發現，而這些發現將可能對軍隊的作戰能力和技術產生了重大影響。這個獎項資助的金額證明了他的努力、他的方法的創造性以及他在創造智能材料方面的領導能力。”

來源：美國克萊姆森大學

譯者：兔子小光

譯自：phys