机械工程

超高真空机械解理和堆垛技术研究

北京理工大学黄元教授与中国科学院物理研究所冯宝杰等人合作，设计并搭建了一套工作于超高真空环境下的二维材料机械解理-堆垛系统。相关成果发表于《科学通报》（Science Bulletin）。制备二维材料的方法主要分为两大类：以分子束外延（MBE）和化学气相沉积为代表的“自下而上”法和以机械解理为代表的“自上而下”法。研究者将机械解理技术与超高真空MBE技术结合，在本底真空10-10mbar量级的环境中，制备了多种原子级平整、洁净的表面，并利用机械解理技术在这些衬底上成功解理了多种单层和少层二维材料，为制备高质量的二维材料及异质结样品、研究材料的本征物性及界面演生现象提供了新方法。

人工心脏泵除栓技术研发

清华大学机械工程系微流体课题组李永健副教授等联合阜外医院心血管外科王欣主任团队开发了基于超声作用的人工心脏泵除栓新技术。相关成果发表于《先进科学》（Advanced Science）。人工心脏泵是目前绝大多数严重心衰患者赖以维持生命的重要医疗设备，而血栓问题一直是制约人工心脏泵长期可靠运行的重要原因，严重威胁着患者们的生命健康。新技术利用植入式超声装置，实现了对泵上血栓的快速有效清除。多例动物实验均在30分钟内实现了超过80%的除栓效果，且各项指标均达到预期目标。相关研究为人工心脏泵血栓难题的解决提供高效而安全的新途径。

用于光计算的宽带超快非线性激活器研究

中国科学院上海光学精密机械研究所微纳光电子功能材料实验室与复旦大学联合研究团队，制备了基于Ti3C2TxMXene宽带超快非线性激活器，并对其进行了原理性验证。相关成果发表于《先进光学材料》（Advanced Optical Materials）。对于复杂的荧光图像超分辨率重构任务，研究人员使用了具有光学非线性激活函数的卷积神经网络成功生成了丰富的图像细节及清晰的纹理，并且恢复了准确的高分辨率图像。对于光学非线性激活器的研究，研究人员提出了4个必要的标准：恢复时间、对线性的偏离、接近恒等变换以及配置可重构性，并且系统地研究了这4个标准背后的物理机制。

绳驱动连续体机器人感知用类皮肤水凝胶传感器

中国科学院宁波材料技术与工程研究所陈涛、张弛等人合作，运用由离子导电聚丙烯酰胺/海藻酸盐/纳米粘土聚合物复合水凝胶制成的类皮肤状水凝胶传感器，实现了绳驱动连续体机器人（CDCR）柔性自我感知。相关成果发表于《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）。CDCR具有结构轻巧、安全和自由度高等特点，可在狭窄和复杂的环境中很好地工作。CDCR系统中常用的光纤布拉格光栅传感器模量高、伸长率极低、缺乏粘附机制，限制了软体机器人的运动且易与机器人分层。研究构建了用于调节CDCR弯曲的闭环控制系统，可构建“驱动-传感-反馈”指导后继驱动的闭环控制。

基于超材料的“电子铠甲”研究

华中科技大学机械科学与工程学院黄永安团队制备了可自适应共形的仿生超材料电子铠甲。相关成果发表于《先进材料》（Advanced Materials）。自然界中，经过数百万年的自然筛选，生物鎧甲已广泛进化为一种有效的防御机制。受蛇皮启发，研究者提出了一种软节点剪纸力学超材料，实现硬质鳞片在复杂曲面上的自适应共形。在此基础上，他们通过引入导电可拉伸功能材料、FPGA电路控制、柔性传感器等功能器件，构建具备电子功能的E-armor（电子铠甲）;通过仿蛇吞蛋实验展示了E-armor的感知能力。通过集成柔性压力传感器，圆管状E-armor能够精准监测蛋的大小和位置。此外，E-armor还具备外部环境感知的能力。

工业机器人故障诊断研究进展

中国科学院沈阳自动化研究所工业控制网络与系统研究室科研人员提出了基于生成对抗网络的工业机器人变工况故障诊断方法，有效提升了传统数据驱动工业机器人故障诊断算法的泛化能力。相关成果发表于《IEEE仪器与测量学报》（IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement）。工业机器人被称为“制造业皇冠顶端的明珠”，是衡量一个国家科技创新和高端制造水平的重要标志。工业机器人实际运行过程中，转速和负载处于持续改变过程中，严重影响了数据驱动方法的诊断性能。研究成果对于提升工业机器人平均故障间隔时间、缩短单台机器人维修工期、降低全寿命周期运维成本具有现实意义。

细胞迁移与变形的相场模拟研究

东南大学机械工程学院孙东科、吴意豪等人与西北工业大学邢辉、苏州大学张庆宇合作，在细胞动力学的数值模拟研究方向取得新进展。相关成果发表于《数学》（Mathematics）。动脉粥样硬化等心血管疾病与细胞在血管中的迁移变形、淤积阻塞过程息息相关。因此，研究细胞在不同生理条件下个体及群体运动演化行为，对于深入理解血管疾病成因和提出科学预防医治办法具有重要意义。研究人员采用相场方法模拟研究了微介观尺度下细胞迁移、形变、堆积等包含复杂边界演化的物理过程，讨论了影响细胞动力学行为的关键因素，并给出了一种可能诱发血栓形成的动力学机制。

光电式柔性压力传感研究

中国科学院自动化研究所程龙等人基于新型传感器制作了触觉数据手套，可以用于虚拟音乐弹奏、水果重量测量等应用。相关成果发表于《软体机器人》（Soft Robotics）。柔性压力传感器可以用于人机交互、软体机器人、康复医疗等领域。科研人员将结构设计与光电原理相结合，提出了一种柔性压力传感新思路，制备了基于主动遮挡的光电式压力传感器。这一传感器与传统光纤式传感器相比，灵敏度能够提升约一个数量级。这一传感器性能可以通过改变遮光结构来灵活调整，以满足不同的使用场景。其可以采用的两种不同的遮光结构为：单列金字塔和双列金字塔。