當前機械工程系的研究活動領域的控制和機器人技術,能源和微功率一代,流體力學,傳熱/質,材料力學,制造、材料加工、微機電系統(tǒng)、納米技術和骨科生物力學

• 生物力學和材料力學
• 控制、機器人、設計和制造
• 能源、流體力學和傳熱/質
• MEMS和納米技術
• 生物工程和生物技術

生物力學和材料力學

一些當前的研究在生物力學涉及的應用連續(xù)介質理論的混合物機電軟生物組織的行為的問題,接觸力學,動關節(jié)的潤滑,軟骨組織工程。 (Ateshian)

在材料力學的面積,進行研究,以便更好地理解材料本構行為在微觀,mesolength鱗片。 這工作是實驗、理論和計算。 最終目標是制定本構關系是基于物理概念而不是現(xiàn)象學,如塑性冪律硬化的情況。 此外,本構關系中扮演的角色強調材料的斷裂和失敗。 (凱撒)

生物學領域的分子力學、機械對干細胞分化的影響研究理解底層的分子機制。 活細胞的分子運動監(jiān)控檢查如何確定干細胞分化的特異性的分子動力學。 力學研究分子馬達的關聯(lián)與細胞分化的功能。 (廖)

生物力學的其他領域包括描述結構行為的重塑事件期間宮頸妊娠和描述的力學性能與青光眼的眼壁。 我們實驗室的研究包括生物軟組織的力學測試、生化分析組織的微觀結構和材料建模基于structure-mechanical產(chǎn)權關系。 與醫(yī)生合作,我們的目標是了解組織的病因病理和疾病。 (Myers)

控制、機器人、設計和制造

控制研究強調迭代學習控制(ILC)和重復控制(RC)。 ILC創(chuàng)建控制器,從以前的經(jīng)驗中學習執(zhí)行特定的命令,如機器人裝配線上,目標高精度機械運動。 RC取消重復的學習障礙,如精密運動通過齒輪傳動,加工,精確指向衛(wèi)星,粒子加速器等。時間最優(yōu)控制的機器人正在研究增加了生產(chǎn)線的生產(chǎn)率通過動態(tài)運動規(guī)劃。 研究也正在進行改進的系統(tǒng)識別,使從投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)的數(shù)學模型。 結果可以設計控制器的起點,但他們也研究的評估從地震數(shù)據(jù)在土木工程結構損傷。 (朗文)

先進制造領域的流程和系統(tǒng),目前的研究集中在激光材料加工。 調查正在進行激光微加工;激光鈑金成形;微尺度激光shock-peening,使用改進激光材料加工質量。 數(shù)值和實驗工作都是使用最先進的設備、儀器,和計算設備。 與行業(yè)已經(jīng)建立了協(xié)作關系密切。 (姚明)

能源、流體力學和傳熱/質

在能源領域,努力解決流/大眾運輸系統(tǒng)的設計從空氣中提取二氧化碳。 另一個努力解決分布式傳感器用于微博的發(fā)展,能源和環(huán)境系統(tǒng)的績效評估。 微功率的組件和系統(tǒng)的設計和測試生成是thermofluids努力的一部分以及MEMS的努力的一部分。 (修改)

在流體力學領域,研究低雷諾數(shù)的混亂流動進行實驗和數(shù)值,與分子擴散的互動和慣性目前正在接受調查。 調查的其他領域包括噴墨打印的流體力學,對需求下降,抑制衛(wèi)星液滴,激波傳播,高頻印刷系統(tǒng)的修復。 (修改)

在納米領域的熱傳輸,增強我們的研究工作中心的熱輻射傳輸接口相距只有幾個納米。 納米級輻射傳輸?shù)臄U展行為是使用一種新型傳熱測量技術測量基于bimaterial原子力顯微鏡懸臂梁的撓度。 數(shù)值模擬也確認執(zhí)行這些測量。 測量也用來推斷極其微小的范德華力與溫度的變化。 這種增強的輻射傳輸最終將被用于提高熱光電能量轉換設備的功率密度。 (Narayanaswamy)

研究tribology-the研究領域的摩擦、潤滑,和wear-focuses研究磨損損傷和能量損失經(jīng)驗的發(fā)電組件如活塞環(huán)、燃油噴射系統(tǒng)、geartrains和軸承。 下一代的潤滑劑、添加劑、表面涂層和表面裝飾正在研究為了確定對摩擦磨損的影響。 此外,環(huán)境友好潤滑劑也被識別和特征。 (特勒爾)

MEMS和納米技術

在這些領域,研究活動關注發(fā)電系統(tǒng)、納米光子學、燃料電池、光電和microfabricated適應性冷卻皮膚和流量傳感器,剪切和風速。 基礎研究在流體動力學和熱/質量傳遞現(xiàn)象在小尺度也支持這些活動。 (磨練、林、莫迪,Narayanaswamy Wong)

我們研究微懸臂的動力學和原子力顯微鏡懸臂梁使用它們作為微尺度熱傳感器基于振動模式的諧振頻率變化的懸臂。 Bimaterial microcantilever-based傳感器是用來確定薄膜的熱物理性質。 (Narayanaswamy)

納米技術研究領域的關注納米材料如碳納米管和納米線及其應用,特別是在nanoelectromechanical系統(tǒng)(NEMS)。 實驗室用于碳納米管和半導體納米線的合成利用化學氣相沉積(CVD)技術和建立設備使用電子束光刻和各種腐蝕技術。 這一努力將尋求優(yōu)化制造,讀出,和敏感的這些設備對于許多應用程序,如敏感的檢測質量,收費和磁共振。 莫迪(磨練,Wong)

在生物學、納米成像領域的超限分辨顯微鏡(nanoscopy)系統(tǒng)是建立打破光的衍射極限。 超限分辨顯微鏡系統(tǒng)是用于觀察活細胞分子動力學。 高速掃描系統(tǒng)的設計和實施跟蹤分子動力學在視頻。 運動控制樣品在納米分辨率是通過集成單光子探測和nanopositioning系統(tǒng)。 (廖)

光學納米技術領域的研究側重于設備比光的波長小,例如,在光子晶體納米材料和NEMS設備。 強大的研究機構與設施在光學(包括超速)表征,奈米制造設備,完整的數(shù)值密集的模擬。 目前的努力包括硅納米光子學,量子點相互作用,負折射,顯著增強的非線性和集成光學。 這些努力旨在推進我們對納米光學物理的理解,使得現(xiàn)在由我們制造的能力,設計,和工程師精確的亞波長納米結構,與導出應用程序在高靈敏度傳感器,高帶寬數(shù)據(jù)通信,生物分子科學。 主要進行跨國家實驗室合作,工業(yè)研究中心,multiuniversities支持這項研究。 (黃)

研究microtribology-the研究領域的摩擦、潤滑,和穿microscale-analyzes表面接觸和膠粘劑部隊之間的轉換和旋轉表面在MEMS設備。 此外,滑動微和nano-textured表面之間的摩擦學的行為也是感興趣的,由于增強潤滑的前景和減少摩擦。 (特勒爾)

BioMEMS研究旨在設計和創(chuàng)建微機電系統(tǒng)和微/奈米流體系統(tǒng)來控制運動和測量生物分子在解決方案的動態(tài)行為。 當前的努力包括建模和理解微/奈米流體的物理設備和系統(tǒng),利用聚合物結構,使微/奈米流體操縱,和集成MEMS傳感器與微流體測量生物分子的物理性質。 (林)

生物工程和生物技術

活躍在肌肉骨骼生物力學實驗室的研究領域包括關節(jié)軟骨力學的理論和實驗分析,理論和實驗分析軟骨潤滑,軟骨組織工程,生物反應器設計;增長和改造的生物組織,細胞力學;混合生物組織與實驗和理論計算分析(Ateshian)。

磨練集團參與了許多項目,采用微觀和納米加工的工具對生物系統(tǒng)的研究。 與合作者在生物學和應用物理,集團已開發(fā)的技術來制造金屬分子規(guī)模的模式(低于10 nm)和附加創(chuàng)建biofunctionalized納米陣列的生物分子。 該集團目前正在使用這些數(shù)組來研究分子識別,細胞擴散,蛋白質結晶。 教授磨練的co-PI nih納米技術中心力學在再生醫(yī)學,旨在理解和修改在納米尺度上的力量——在健康和疾病和geometry-sensing通路。 磨練集團制造的許多中心測量所使用的工具和應用在細胞水平力。 (訓練)

在分子生物工程,蛋白質工程,理解他們的機械對干細胞分化的影響。 分子馬達的設計和工程計算和實驗確定運動功能的關鍵結構元素。 熒光標簽被添加到分子追隨他們感興趣的活細胞動態(tài)關聯(lián)其力學特性與干細胞分化的過程。 (廖)

微機電系統(tǒng)(MEMS)被利用來啟用和促進生物分子的特性和操作。 MEMS技術允許研究控制生物分子微/ nanoenvironments小型化集成設備,可以使小說生物醫(yī)學調查不是由傳統(tǒng)的技術實現(xiàn)。 研究興趣中心發(fā)展label-free MEMS設備和系統(tǒng)的操作和生物分子的審訊。 目前的研究工作主要涉及微流控設備,利用特定的和可逆的,stimulus-dependent綁定生物分子和受體分子之間,使選擇性凈化、濃度、和label-free檢測核酸,蛋白質,和小分子分析物;小型工具label-free熱力學特性和其他生物分子的物理性質;和皮下植入式MEMS親和力生物傳感器連續(xù)監(jiān)測血糖和其他代謝產(chǎn)物。 (林)

大規(guī)模放射性事件后放射治療質量是至關重要的,因為需要識別那些將受益于醫(yī)療干預盡快。 持續(xù)的nih資助研究項目的目標是設計一個原型完全自動化,超高吞吐量biodosimetry。 此原型應該適應多個試驗準備協(xié)議,允許的決心病人接受的輻射水平。 這充分自治系統(tǒng)的輸入是大量毛細血管充滿血液的病人使用手指棒收集。 這些毛細血管由系統(tǒng)處理提取淋巴細胞微核測定,與所有的化驗在原位進行多井盤子。 在這個項目的研究工作涉及到自動化系統(tǒng)設計和集成,包括分層控制算法,自定義構建機器人的設計和控制設備和自動化的圖像采集和處理樣品制備和分析。 (姚明)

技術,夫妻的力量多維顯微鏡(三維空間、時間和多個波長)與DNA陣列技術是研究一個nih資助的項目。 具體來說,一個系統(tǒng)開發(fā)的單個細胞選擇光學檢測的多個特性的基礎上,在關鍵時間點在動態(tài)過程可以快速,并且micromanipulated進入反應室,允許放大DNA合成和隨后的陣列分析。 定制的圖像處理和模式識別技術的發(fā)展,包括Fisher線性判別預處理與神經(jīng)網(wǎng)絡、支持向量機與改進培訓、多級細胞檢測和糾錯輸出編碼,和內核主成分分析。 (姚明)