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科技 仿生物 X 型结构革新抗振技术 景兴建博士

景兴建博士

理大在抗振技术的创新发明,有助侦测和减低太空船和卫星的微振动。

在微重力的环境下,例如身处太空船上,长期的微振动会有机会损坏舱内的仪器, 例如减低望远镜和相机的灵敏度和精准度。微振动是指由机械系统如推进器、制冷机和太阳能组件驱动机械产生的低幅度振动。

参照雀鸟抗振的肢体结构而研发的 X 型抗振结构。  

参照雀鸟抗振的肢体结构而研发的 X 型抗振结构。

由机械工程学系景兴建博士领导的研究团队,研发了一个能大幅减低由机械系统所产生的振动的仿生物非线性抗振系统,相对现有技术,其性能更可靠,成本更具效益。

振动一般由两组系统控制。被动的控制振动系统通过橡胶垫、吸振器和机械弹簧等设备隔振或减振。相反,主动的控制振动系统则从外部振动源头的相反方向,以相同的力度或能量抗衡外部振动。大多数工程操作倾向采用设计较简单和稳定性较高的被动控制系统,因为它的的制造、运作与保养成本,以及对能源的需求均明显较低。然而,其抗振的成效却未如主动控制系统般理想。

研究团队参照雀鸟昆虫肢体结构的抗振功能,尤其是每天啄木数百次却不受震荡影响的啄木鸟,研发出一个兼具被动和主动控制系统的优点的 X 型抗振结构。该技术对任何振动均产生接近“零反应”,在近零的低动刚度下仍保持高负载能力 。这个新结构亦能在较强振动下自动调高阻尼,在小幅振动时自动调低阻尼,避免在较弱振动的情况下产生大阻尼,影响系统的运作。上述的优点全因其独特的非线性设计,使它能广泛应用于各种工程运作与抗振防振设施,包括精密机械仪器、机械人、铁路、离岸平台等。

研究团队获中国空间技术研究院支持,将此创新发明应用于发展一个被动的微振动控制系统,在抑制所需的振动的同时,维持零刚度。另外,团队亦发明了系统化的综合方法,通过振动讯号的时间序列数据,识别重要的非线性特征。有关讯息透过虚拟光线法,能够定位和辨析卫星的潜在问题,例如悬挂结构出现螺栓松脱和裂缝的情况。

这项发明于2017年荣获权威的“TechConnect全球创新奖”。