bullet創新科研
科技 仿生物 X 型結構革新抗振技術 景興建博士

景興建博士

理大在抗振技術的創新發明,有助偵測和減低太空船和衛星的微振動。

在微重力的環境下,例如身處太空船上,長期的微振動會有機會損壞艙內的儀器, 例如減低望遠鏡和相機的靈敏度和精準度。微振動是指由機械系統如推進器、製冷機和太陽能組件驅動機械產生的低幅度振動。

參照雀鳥抗振的肢體結構而研發的 X 型抗振結構。  

參照雀鳥抗振的肢體結構而研發的 X 型抗振結構。

由機械工程學系景興建博士領導的研究團隊,研發了一個能大幅減低由機械系統所產生的振動的仿生物非線性抗振系統,相對現有技術,其性能更可靠,成本更具效益。

振動一般由兩組系統控制。被動的控制振動系統通過橡膠墊、吸振器和機械彈簧等設備隔振或減振。相反,主動的控制振動系統則從外部振動源頭的相反方向,以相同的力度或能量抗衡外部振動。大多數工程操作傾向採用設計較簡單和穩定性較高的被動控制系統,因為它的的製造、運作與保養成本,以及對能源的需求均明顯較低。然而,其抗振的成效卻未如主動控制系統般理想。

研究團隊參照雀鳥昆蟲肢體結構的抗振功能,尤其是每天啄木數百次卻不受震盪影響的啄木鳥,研發出一個兼具被動和主動控制系統的優點的 X 型抗振結構。該技術對任何振動均產生接近「零反應」,在近零的低動剛度下仍保持高負載能力 。這個新結構亦能在較強振動下自動調高阻尼,在小幅振動時自動調低阻尼,避免在較弱振動的情況下產生大阻尼,影響系統的運作。上述的優點全因其獨特的非線性設計,使它能廣泛應用於各種工程運作與抗振防振設施,包括精密機械儀器、機械人、鐵路、離岸平台等。

研究團隊獲中國空間技術研究院支持,將此創新發明應用於發展一個被動的微振動控制系統,在抑制所需的振動的同時,維持零剛度。另外,團隊亦發明了系統化的綜合方法,通過振動訊號的時間序列數據,識別重要的非線性特徵。有關訊息透過虛擬光線法,能夠定位和辨析衛星的潛在問題,例如懸掛結構出現螺栓鬆脫和裂縫的情況。

這項發明於2017年榮獲權威的「TechConnect全球創新獎」。