微重力实验室 在地面建设太空的实验环境

编者按：本文来源于“浙江在线”，作者 林辰辰 秦燕娟 王楠，原文标题《“无形”声音可能成为未来智能机器“有形”力量》，36氪经授权转载。

在国际空间站的微重力环境下，宇航员科学家们可以像电影情节中那样轻易地翻筋斗、滑翔。“在微重力环境下，没有轻、重，固、液之分。液体不再使用器皿操纵，液体接触污染现象和原子输运实验干扰减少，为材料过冷结晶、内部物质输运等在极端条件下开展研究试验带来更多可能。”

微重力环境为科学研究开辟了新的领域和途径，对于诸多前沿基础科学发展具有重大指导意义。由于太空实验机会十分难得，耗资巨大，因此如何有效在地面搭建微重力实验设施是非常有必要的。杭州电子科技大学吴立群教授以及领衔的研究团队攻克了技术难题，把微重力环境搬到地面，并证明了金属内部封闭式微孔、微结构加工的可行性。

在地面上如何抵消重力？课题组利用看不见的“声音”搭建一套声学系统---超声驻波悬浮系统。为了便于大家理解，吴立群教授以目前已被大众所熟知的磁悬浮技术举例：“磁悬浮技术用电磁让列车‘漂浮’于轨道上，减少摩擦力达到加速目的。其实声学系统同样具有相似的原理，通过声波辐射力与重力相互抵消，进而实现悬浮。试验证明，超声驻波系统能悬浮固体、粉末、水滴、金属液滴等。另外，相比于激光内加工，超声微针可以解决非透明材料内部封闭式结构可控加工难题，具有独特的优势。”

据了解，迄今为止，人类所采用的各种加工制造方法几乎都属于“外加工”制造范畴，即加工工具只与被加工材料的外表面或外表层相互作用，加工能量只能从材料表面传给被加工胚料，吴立群团队引入超声驻波悬浮系统对金属进行“内加工”，拓宽了传统加工不能直接加工材料内部结构的局限性，实现更高质量的内腔结构生成，辅助粉料以及液滴悬空输送，并使微液滴与微孔的产生可控。该项研究解决了“外加工”的瓶颈问题，并向未来智能迈出关键步伐，吴立群解释：“基于该系统，有利于形成高品质金属元胞，金属元胞极有可能成为未来智能机器的基础元件，这无疑将“无形”声音可变成未来智能机器“有形”力量。”

吴立群教授坚信，超声内腔微结构加工制造一定是一个具有广阔发展的新兴产业，将推动浙江省轴承大省、汽配大省向智能制造、高端装备制造的转型。“声悬浮技术同样适用于生物组织，实现细胞悬浮操纵，给高端制药生物技术试验带来新的启发。”

据悉，吴立群教授课题组已在该项研究领域取得了一系列创新性成果，课题组已获得授权国家发明专利12件，在国内外知名期刊发表论文13篇，在2010-2014年，项目获得国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、浙江省科技厅等约150万元的相关研究经费资助，预期研究成果和数量超额完成。

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