【48812】上海交大何清波教授课题组研发出高活络度宽频微动超机械感知器

　　近来，上海交通大学机械与动力工程学院何清波教授课题组在Nature Communications上在线宣布了题为“Highly sensitive and broadband meta-mechanoreceptor via mechanical frequency-division multiplexing”的研讨论文，提出了一种机械式频分多路复用概念，研发出高活络度宽频微动超机械感知器。机械与动力工程学院博士研讨生李崇为论文榜首作者，何清波教授为通讯作者，孟光教授、彭志科教授、廖昕昕博士为合作者。

　　微动信息在自然界是无处不在的，自然界经过进化出生物感知器，如小鼠的胡须、鱼类的侧线、蜘蛛的触角和人类的皮肤等，能够在宽频规模内高活络地感知微动信息。根据此，在规划人工微动感知器时，活络度和带宽是两个要害的性能指标，且一直是传感器相关研讨的热门。根据提高活络度和带宽的规划战略，人工微动感知器可大致分为两大类。一类是电学引导的规划，它依赖于高活络度电子元件，这些元件受限于高本钱和杂乱的纳米制作工艺，如纳米纤维；另一类是力学引导的规划，以低本钱和简略的机械结构来规划共振单元，以优化机电耦合系数。但是，因为共振效应，在力学引导的规划中活络度和带宽两者之间有权衡。

　　为了处理这一动力学难题，受小鼠胡须微动感知体系的启示，研讨人员研发了一种超机械感知器(MMR)，由在不同频率具有零等效质量的多个压电式局域谐振器组成，完成了高活络和宽频带的微动感知。研讨人员证明了这些零等效质量的压电谐振器具有频率相关的等效压电转化系数，该特性在本征压电材猜中是没办法完成的，并且在零等效质量对应的频率处具有挨近无限大的等效压电转化系数。研讨人员将这些具有不一样谐振频率的压电谐振器镶嵌成一个超资料结构，即构成“超机械感知器”。

　　研讨人员提出了一种机械式频分多路复用体系，经过机械式调制具有多个非堆叠频带的微动信号，使用核算型多通道解调办法完成了多频带微动信号的重构。与传统的活络度为0.812 mv m−1s2的非谐振式机械感知器（压电加速度计）比较，超机械感知器的最大活络度提高了2个数量级，到达36.540 mv m−1s2，检测极限的下限到达10−6g数量级（g为重力加速度）。经过集成具有指定压电系数的传感单元，超机械感知器的带宽能够在0-12 kHz规模内向低频和高频扩展，以此来完成了高活络和宽频带微动感知。

　　研讨人员经过对微动信息的感知，展现了在动态空时传感、远端振荡感知、智能驾驭辅佐和结构健康监测方面具有广泛的使用，提高了微动信息的辨认精度。该作业提出的超机械感知器显示出兼具高活络度和宽频带的微动感知特性，为宽频微动信息的增强感知拓荒了新的途径，在微动监测与毛病确诊范畴具有使用潜力，如前期弱小毛病检测和远端振荡信息确诊等。

　　研讨作业得到了国家自然科学基金立异研讨集体和面上项目、中组部“万人方案”青年优异人才支撑方案、上海市优异学术带头人方案项目的赞助。近年来，何清波教授课题组在机械配备动态监测与毛病确诊范畴，经过交融动力学规划与核算感知展开了智能振荡感知的立异研讨，为配备执役状况的高性能确诊供给了新办法。