气泡热声模式与光机械传感器的耦合研究 学术背景 气泡在液体中的声学行为一直是物理学和工程学领域的重要研究课题。气泡的振动模式不仅与自然界中的声学现象密切相关，还在微流体、生物传感等领域具有广泛的应用前景。Minnaert呼吸模式是气泡声学中最著名的振动模式，它描述了气泡在液体中的基本振动行为。然而，气泡还支持一系列高阶声学模式，这些模式的理论预测虽然存在，但实验观测却极为罕见。此外，光机械传感器作为一种高灵敏度的探测工具，能够检测微尺度的声学和振动特性，为研究气泡的声学行为提供了新的平台。 本文的研究旨在通过光机械传感器探测气泡的声学模式，特别是高阶声学模式，并探讨气泡与传感器之间的耦合效应。研究不仅有助于深入理解气泡的声学特性，还为优化微机械振荡器的性能提供了新的思路。 论文来源 本文由K...

基于深度强化学习的液体透镜显微镜自动对焦技术研究 学术背景 显微镜成像在科学研究、生物医学研究和工程应用中扮演着至关重要的角色。然而，传统显微镜及其自动对焦技术在实现系统小型化和快速精准对焦方面面临着硬件限制和软件速度缓慢的问题。传统显微镜通常采用多个固定焦距透镜和机械结构来实现放大和对焦功能，导致设备体积庞大、对焦速度慢，难以在狭小空间内快速操作。液体透镜（liquid lens）因其无机械部件、通过电信号调节焦距的特点，具有体积小、响应速度快、制造成本低等优势，成为解决这些问题的潜在方案。 近年来，人工智能和新光学元件的发展为显微镜自动对焦技术带来了新的研究方向。传统的自动对焦方法依赖于图像清晰度评估，通常需要多次图像采集和评估，速度较慢。深度学习技术的引入使得直接从单张图像预测焦平面位...

基于低噪声振荡读出电路的高分辨率MEMS石英谐振加速度计研究 学术背景 微机电系统（MEMS）加速度计在惯性导航、地震检测、可穿戴设备和智能机器人等领域有着广泛的应用。特别是在卫星控制和无人水下航行器等应用中，高分辨率和低漂移的加速度测量是至关重要的性能指标。MEMS谐振加速度计通过将输入加速度信号调制到载波频率，并输出敏感元件的谐振频率作为测量值，相较于幅度输出型加速度计（如MEMS电容加速度计）具有更低的噪声水平。此外，谐振加速度计还具有高分辨率、宽量程、大动态范围和良好的环境适应性等优点，逐渐成为高分辨率MEMS加速度计的研究热点。 然而，MEMS谐振加速度计在静态输入条件下（通常为0 g加载）的加速度输出波动主要源于温度场波动或背景噪声等环境因素。虽然温度引入的趋势可以通过多项式拟合...

基于电热驱动的Al-SiO₂双材料微夹持器的研究 学术背景 微夹持器（microgripper）在微米和纳米尺度的组装与操作中扮演着至关重要的角色，广泛应用于微电子、MEMS（微机电系统）和生物医学工程等领域。为了确保对脆弱材料和微小物体的安全操作，微夹持器需要具备高精度、快速响应、易于操作、强可靠性和低功耗等特性。尽管已有多种驱动机制的微夹持器被开发出来，如静电驱动、电磁驱动、光驱动等，但这些技术仍存在一些局限性，例如光驱动微夹持器需要特定的光源和光学路径，静电驱动微夹持器需要高电压，电磁驱动微夹持器则涉及复杂的磁场生成系统。因此，开发一种高性能、小型化、易于操作且广泛适用的微夹持器仍然具有重要意义。 电热驱动微夹持器因其结构简单、驱动电压低且能够实现显著的结构变形而备受关注。本文研究团队...

零阻力流体隐身技术的突破 学术背景 在现代微流体和纳米工程领域，隐身特性（invisibility characteristics）对于确保侵入物体与周围环境之间的无干扰相互作用至关重要。例如，在微流控芯片中运输生物分子或精确控制药物释放时，隐身特性能够显著提高操作的准确性和效率。此外，隐身特性在实现流体动力学零阻力（hydrodynamic zero-drag）性能方面也具有重要意义，这有助于缓解全球能源危机。然而，长期以来，达朗贝尔悖论（d’alembert paradox）和未解决的纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes equations）阻碍了零阻力流体隐身技术的发展。达朗贝尔悖论指出，在理想流体中，物体运动时不会受到阻力，但在实际流体中，阻力始终存在。这一悖论使得在广泛的...

机械通气指导下的呼吸压力优化——对肺局部生物力学的改进研究 机械通气在临床操作中常用于治疗急性呼吸窘迫综合症（ARDS）以及全身麻醉后预防肺部并发症。然而，机械通气会导致肺部受到有害的应力和变形，增加临床治疗的复杂性，甚至可能导致死亡。研究表明，呼吸系统的驾驶压力增加（driving pressure）与机械通气相关的死亡率直接相关。因此，本研究旨在探讨这些关联的微观生物力学因素及其在肺内的空间异质性，从而优化机械通气策略。 论文背景 研究机械通气操作下，如何通过调整机械通气的正压呼气末压力（PEEP）以优化局部肺组织的生物力学状态，从而减少因机械通气导致的肺损伤（Ventilator-Induced Lung Injury, VILI），对提高重症监护病房及手术病人的治疗效果具有重大意义。...

科研报告 背景介绍 随着人口老龄化以及中风等神经系统和肌肉系统疾病的增加，步态障碍导致的绊倒和跌倒风险成为一个严重问题。研究表明，踝关节背屈在步态的摆动阶段对确保足部离地高度至关重要。然而，目前对于摆动阶段踝关节动力学和机械能量交换的研究较少。现有的研究主要关注正常行走时的踝关节背屈，而随着多种提供背屈辅助的设备的开发，有必要了解在这些设备中能量需求的最小要求。 近年来，踝关节背屈辅助技术的发展迅速，特别是运用了先进的致动器和能量回收装置以提高步态安全性和防止跌倒。然而，这些设备需要提供足够的机械功率，以确保踝关节在摆动阶段的背屈辅助。了解踝关节背屈的动力学需求，对设计轻便、低功率的助力设备尤为重要。 论文来源 这篇文章由Victoria University的Soheil Bajelan、...

研究背景 胃肠疾病在全球范围内表现出广泛而复杂的症状，如腹泻、胃肠道出血、吸收不良、营养不良，甚至神经功能障碍等。这些疾病因为其显著的地区、年龄和性别差异，构成了现代社会重大健康挑战和社会经济负担，尤其是胃肠道癌症，占全球癌症发病率和死亡率的三分之一。早期筛查胃肠疾病并进行及时干预对减少死亡率和提高寿命具有重要意义。 传统的胃肠疾病筛查方法主要依赖内窥镜检查，使用嵌入摄像头的柔性内窥镜，通过天然开口检查胃肠道。然而，内窥镜检查尽管广泛应用于医院，仍存在光学传感器局限，照明条件差及胃肠道工作环境极其狭窄等问题。这些因素会导致黑暗、炫光、反射等现象，降低影像质量，甚至导致误诊。无线胶囊内窥镜因其无创图像捕获能力引起了极大兴趣。尽管如此，传统内窥镜仍然需要在胶囊内窥镜之后执行详细诊断。 在当前临床...

基于自注意机制的风险敏感机器人控制探讨 研究背景 机器人控制中的运动学和动力学是确保任务精确完成的关键因素。大多数机器人控制方案依赖于各种模型来实现任务优化、调度和优先级控制。然而，传统模型的动态特征计算通常复杂且容易产生误差。为了解决这个问题，通过机器学习以及强化学习技术来自动获取模型成为一种可行的替代方案。然而，直接应用于实际的机器人系统中，这种方法存在急剧的运动变化和非期望的行为输出的风险。 研究来源 本文由Dongwook Kim、Sudong Lee、Tae Hwa Hong和Yong-Lae Park撰写，作者分别来自首尔国立大学和洛桑联邦理工学院。该研究发表在2023年的npj Robotics杂志上。 研究内容 研究流程 本文提出了一种在线模型更新算法，直接应用于实际机器人系...

研究背景 在救援任务中，为了提升搜救效率，一种新兴的解决方案是利用电子背包与昆虫的结合体——赛博昆虫（cyborg insects）。这些昆虫结合了生物与电子技术的优势，通过附加的电子背包用于通信、感应和控制。然而，附加设备会影响昆虫的平衡，尤其是在其自我摆正（self-righting）动作中。如果昆虫在执行任务时遭受摔落或意外冲击，原先的机器装置可能会导致其翻倒不能自如行动。为了应对这一挑战，本研究引入了一种仿生3D打印人工肢体，它模仿了瓢虫的自我摆正动作，提高了赛博昆虫在复杂和不可预测条件下的灵活性。 文章来源 该研究由Marc Josep Montagut Marques、Qiu Yuxuan、Hirotaka Sato和Shinjiro Umezu团队完成。作者隶属机构分别是日本早...