我所科研人员参加SPIE 2017年智能材料/无损检测与健康监测国际会议

浏览:1379 发布时间:2017-09-10

       3月24日-31日,我所科研人员盛俊杰博士和凌明祥博士应邀参加了2017 SPIE Smart Materials/NDE国际会议。 本次会议历时共5天,期间盛俊杰、凌明祥与多位国内外智能材料和健康监测领域知名教授与学者就共同感兴趣的问题进行了讨论交流,并建立了相关联系。圆满完成了学术交流任务,达到了预期参会目的。

  一、会议概况

  SPIE智能材料/无损检测与健康监测国际会议,由SPIE主办,每年3月在美国举行,举行过23届,SPIE智能材料国际会议是最大的关于智能材料的国际盛会,每届都会吸引来自多个国家的学术机构、工业和政府部门的学者和工程师参与。SPIE 2017年智能材料/无损检测与健康监测国际会议(SPIE International Symposium on Smart Structures/NDE 2017,第24届)由SPIE主办,JPL协办,于2017年3月25日-29日在美国俄勒冈州波特兰市(Portland, Oregon, USA)举行。会议涉及广泛,围绕智能材料与结构、传感与测量、及无损健康检测,包括了在军事、航空航天、生物医学和商业等应用研究,覆盖生活到商业。

  本次会议目的主要是推动智能材料与结构、无损检测与健康监测的发展和应用,旨在为高校、研究所以及工业界等相关领域的研究人员和学者提供面对面交流的机会,加深对相关智能材料领域研究进展与动态的了解。本次国际会议围绕智能材料、结构/无损检测和健康监测技术展开,共包括11个大的议题:

  1-  Bioinspiration, Biomimetics, and Bioreplication;

  2-  Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD);

  3-  Active and Passive Smart Structures and Integrated Systems;

  4-  Behavior and Mechanics of Multifunctional Materials and Composites;

  5-  Industrial and Commercial Applications of Smart Structures Technologies;

  6-  Nano-, Bio-, Info-Tech Sensors and Systems;

  7-  Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems;

  8-  Nondestructive Characterization and Monitoring of Advanced Materials, Aerospace, Civil Infrastructure, and Transportation;

  9-  Health Monitoring of Structural and Biological Systems;

  10-Smart Materials and Nondestructive Evaluation for Energy Systems;

  11-A Tribute Conference Honoring Daniel Inman;

  其中2(电活性聚合物致动器与器件)、3(主动和被动智能结构和集成系统)、5-7专题(基于智能材料的工业、商业、生物、医学以及民用、机械和航空等方面的应用)、8-9专题(无损检测和健康监测等技术应用)、10(能量回收系统上的智能材料和无损检测)等智能材料和结构议题与盛俊杰目前从事的基础科学研究——电活性软物质功能材料的力电耦合实验及多场耦合建模研究工作密切相关,希望通过参会增加对智能材料的认识,开阔视野,加强与国际同行的交流,提高自身认识水平。同时,希望通过参加SPIE旗下的这类会议,了解各国的无损检测与健康监测先进设计技术,为今后工作提供帮助。其中3(主动和被动智能结构和集成系统)、5-7专题(基于智能材料的工业、商业、生物、医学以及民用、机械和航空等方面的应用)、11专题(庆祝Daniel Inman教授70周岁生日)等智能材料和结构议题与凌明祥目前参与的所科技专项《基于压电柔顺机构的振动过载复合力学环境模拟》以及从事的柔顺机构动力学建模与控制研究密切相关,希望通过此次参会增加对智能结构的认识,寻找与所科技专项相关的创新点和工程问题解决思路,同时加强与国际同行的交流,提高自身认识水平。

  二、学术交流情况

  SPIE 2017年智能材料/无损检测与健康监测国际会议得到了国内外智能材料和智能系统等领域研究人员的积极响应,收到论文七百余篇,现场参会代表人数近千人,来自40多个国家和地区,包括学术机构、政府和工业部门。中国大陆有浙江大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、同济大学、香港科技大学、香港理工大学、华中科技大学、厦门大学、重庆大学、大连理工、北京工业大学、东南大学、南京航空与航天大学、合肥工业大学等科研院所派代表出席了本次会议。

  本次会议主席由美国NextGen Aeronautics, Inc.的Jayanth N. Kudva和希腊Univ. of Ioannina的Theodoros E. Matika担任,副主席由美国The Univ. of Arizona的Tribikram Kundu和Air Force Research Lab.的Gregory W. Reich担任。本次会议共包括6个大会报告,4个专题报告,700余个学术报告(约100海报)、10余个EAP应用演示和11个3D打印演示。

  其中6篇大会报告分3天进行,每天上午2个大会报告,分别为美国Hanson Robotics Ltd.(汉森机器人技术公司)的创始人和总裁David Hanson博士的“EAP ARTIFICIAL MUSCLE ACTUATORS FOR BIO-INSPIRED INTELLIGENT SOCIAL ROBOTICS”,作者介绍了其公司在基于EAP类人工肌肉材料机器人方面和具有人机交互功能(或者叫社交功能,大多数之前的机器人从外表上看不太像人类,而且更多的用于居室或者是机械活动)机器人的进展,区别于传统机器人,现在的机器人正朝着人工智能方向发展,表现出人性化的、有表情的脸,能够更接近人类生命。作者还展示了几个基于EAP的机器人例子,在新技术的驱动下,这些机器人的表情表现的越来越逼真;美国California Institute of Technology(加州理工学院)的Chiara Daraio教授的“PLANT NANOBIONIC MATERIALS FOR THERMALLY ACTIVE, SOFT, ARTIFICIAL SKINS”,详细介绍了其研究团队在植物纳米仿生材料方面的研究进展,仿生材料通常是指以模仿生物的特点、特性研制开发出来的材料。Daraio团队通过提取植物中对温度敏感的胶状活性分子,然后在其中加入碳纳米颗粒合成对温度敏感的纳米仿生材料,制造出对温度敏感的传感器,这种材料能很好的提高人工合成皮肤的性能。最后介绍了其在电子工业和健康监测等方面的应用前景;美国Univ. of South Carolina(南卡罗来纳大学)机械工程系活性材料和智能材料实验室主任Victor Giurgiutiu教授的“PREDICTIVE SIMULATION OF STRUCTURAL HEALTH MONITORING”,作者介绍了其实验室在结构健康监测方面的理论工作,基于对结构的监测信号和外界激励,通过理论模拟对结构未来的状态进行预测,通过多个例子展示了其在理论方面的研究贡献;美国Univ. of Maryland, College Park(马里兰大学帕克分校)的James E. Hubbard教授的“ADAPTIVE STRUCTURES: A PERSONAL HISTORICAL PERSPECTIVE”,作者从三十多年的工作经历出发,介绍了自适应结构的发展历程和方向,从自适应结构在太空结构应用到在变形飞机、智能材料、传感器和致动器方面的应用,自适应结构涉及到材料、力学、控制和设计等学科,吸引着越来越多的年轻人员;Iowa State Univ(爱荷华州立大学)航天航空工程系的Norbert Meyendorf教授的“NDE FOR THE 21ST CENTURY: INDUSTRY 4.0 REQUIRES NDE 4.0”,不同于前三次工业革命,第四次工业革命正在发生,代表着生产和信息集成的工业4.0术语在欧洲频繁出现。作者介绍了工业4.0的内涵,包括网络互联、低成本和3D打印等应用。然后阐述了工业4.0对无损检测和健康监测带来的新要求和新挑战;英国Imperial College London(帝国理工学院)振动工程系的David J. Ewins教授的“A SMART STRUCTURAL DYNAMICS STRATEGY FOR TESTING TOMORROW’S STRUCTURES”,作者介绍到,无论是实验还是理论方面,动态性能几乎是所有结构首先要考虑到因素。为了改善下一代结构的稳定性,作者详细展现了一种动力学测试-分析集成策略。

  4篇专题报告分别涉及EAPAD(Electroactive Polymer Actuators and Device,电活性聚合物致动器)专题的ELECTROACTIVE POLYMERS FOR HEALTHCARE AND BIOMEDICAL APPLICATIONS(报告人为奥地利林茨大学的Siegfried Bauer,详细阐述了电活性聚合在医疗健康和生物医学方面的应用背景和前景);纳米、仿生传感器和3D系统专题的EPIDERMAL ELECTRONIC SYSTEMS FOR SENSING AND THERAPY(报告人为德克萨斯大学奥斯汀分校的Nanshu Lu博士,发明了一种可以在数分钟内以“复制-粘贴”方式制造出绿色、便携式的表皮电子装置,能够检测肌肉、血压和其他生命体征,然后介绍了其在传感器、临床治疗等方面的应用;北卡罗来纳州立大学的Ralph Smith教授和佛罗里达州立大学的William Oates助理教授的关于智能材料和自适应结构的不确定性理论分析。

  除了大会报告外,参观了3.26日下午的EAP实物应用演示(机器人、轻飞行器等)、3.27日晚上为海报交流、3.27日下午的3D打印展示(共计11个展示,10个来自日本,主要展示了纳米和仿生等智能材料在3D打印中的应用,包括3D打印软机器人、3D打印分子模型和3D打印食品等),在3月26到29日主要参加了第二个分会场“Conf. 10163 Electroactive Polymer Actuators and Devices (EAPAD) XIX”的分组讨论,此分会场主要关注活性材料在传感、致动、机器人、医学等领域的实验方法、理论建模和应用,以及新型电活性材料的改性研究等。这个分会场是这次大会最大的分会场,共分为19个小的主题,共计93个报告(包含11个邀请报告)。盛俊杰的报告被安排在了Session 11B——EAP Based on Dielectric Elastomers II(电子型电活性聚合物材料)专题,这些报告与盛俊杰目前所做的国家自然科学基金基础研究工作联系较密切,这些报告主要分析了各个课题组在电活性材料应用、实验和理论建模方面最近3到5年的研究成果以及存在的问题、急需解决的难点和热点问题。其中相关的研究思路与采用的方法以及实验测量技巧均给参会人员留下了深刻的印象,将对今后的研究思路产生很大启发。

  3.29日下午,盛俊杰博士作了题为“Viscoelastic performance of dielectric elastomer subject to different voltage stimulation”。该论文采用理论和实验相结合的方法研究了一种介电弹性体材料(DE)致动器在不同电压模式下的粘弹性力电耦合性能。DE作为一种典型的高分子聚合物,由于这种软的功能材料具有非常显著的粘弹性,并且粘弹性在很大程度上影响着DE材料的力电耦合响应和转换效率。基于最新修正的经典粘弹性力学模型,得到了考虑粘弹性后DE材料力电耦合模型,并详细的分析了不同电压模式下(恒定电压、斜坡电压、正弦电压)粘弹性对DE力电耦合变形和稳定性的影响,以及交变电压载荷下发生的滞后现象等。恒定电压下,DE材料可以在很低的驱动电压和较长的工作时间下获得很大的致动变形,也可以在很高的驱动电压和较短的工作时间下获得很大的致动变形;斜坡电压下,电压上升的速率越小,变形越大,临界电压越小。正弦电压下,电压频率越小,变形越大,非弹性变形越明显。最后,通过实验研究了DE的粘弹性性能,证明了粘弹性对DE材料致动变形的影响规律。

  3.29下午,凌明祥博士作了题为“A piezo-actuated compliant mechanism with millimeter range and high frequency”报告,该论文通过力学建模、有限元仿真和实验测试研究了一种由压电陶瓷和柔顺机构驱动的二维精密定位平台,该论文提出了一个基于多级位移放大的柔顺机构,通过力学建模和优化,实现了1.44mm的行程和628Hz的一阶固有频率,其特点是能够提供静态和动态的精密拉伸和压缩力载荷以及高频响的往复运动,主要想应用于微小材料和微型结构的静力拉伸和动力疲劳精密测试。

我所参会科研人员现场照片

三、收获与体会

  两位参会人员表示,通过此次会议交流和讨论,收获颇丰,既向与会专家和学者们展示了介电弹性体材料领域的研究情况以及压电柔顺机构的新工程应用,同时又了解到当前智能材料和结构及其应用领域的主要研究方向、存在问题和解决方法,拓展了思路,开阔了视野,同时也加强了与国内外同行之间的交流,提高了自身认识水平,达到了会议交流的目的。