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2010年11月6日报告

1 Bio-inspired sensing and actuation technology for next generation civil and mechanical systems

主讲人:Shi Chi Liu

1.1 动机和挑战

1) 大量的基础设施进入维修和检测时期,比如美国有六十万座桥梁需要检测。

2) 自然和人为灾难频发。

3) 随着生物学、分子生物学的知识积累,为将它运用于传感和驱动的可能性提高。

4) 生物学传感和驱动的优势有两个方面:①高进化度、多尺度、结构精细;②生物智能在实时联络、决策和行动上的卓越表现。

1.2 讨论会

2009年5月美台科学家举行研讨会,认为将生物技术引入防灾减灾领域,有如下重要议题:

1) 如何学习生物的多层次感应机制建立结构健康监测系统。

2) 学习生物处理海量数据的能力。

3) 适用于分布系统激励与感知的多功能材料和设备。

基于本次讨论会,2009年度美国自然科学基金会批准了一批研究项目。具体情况可以参见:

http://www.nsf.gov/eng/efri/fy09awards_BSBA.jsp

1.3 教学

美台自然科学基金会召集两国大学生于2010年7月举行了生物驱动和传感夏令营。具体情况可以参见:

http://bsbasi-2010.mechse.illinois.edu/

 

2 Smart Sensing Technology: A New Paradigm for SHM

主讲人:B. F. Spencer

2.1 全尺度健康监测

无线传感器已经出现十年,然而桥梁全尺度健康监测运用不广。虽然有成功的范例比如青马大桥,但是更多的是如金门大桥那样,监测一个星期的示范项目。其中数据传输困难,比如传输1分钟信号耗时12小时是困难的主要原因。

B. F. Spencer教授带领他的团队,基于Crossbow开发的IMote-2单片机,制作了加速度、湿度、风速等一系列模块。既实现了传感器-操作系统(Tiny OS)-单片机的无线测站系统,而且解决了不同传感器时间同步问题。从而实现了数据的就地采集和处理。

2009年6月美日韩第二次济州大桥无线传感器安装开始。本次实验在113个节点上布置600个传感器。成功实现索力识别。2010年9月台风过境、模态识别成功,系统运作良好。[i]

2.2 电鱼带来的启示

Spencer教授和Mark E.Nelson教授合作研究电鱼如何通过感受电场波动,发现如下事实:1.电鱼拥有数量巨大、精度差的传感器;2.电鱼通过分析数据,大量低精度数据用于测量食物位置,少量高精度的“虚拟传感器”测量食物出现时机,通过对每秒48Mb的数据处理,得到食物位置[ii]。Spencer教授认为这表示高密度、低成本、低精度、多尺度、任务激发的健康监测系统研究是发展方向。

3 Advancement of Societal Responses to Mega-disasters afflicting mega-cities

3.1 目标——寻找地震工程前沿

卡特里娜飓风、汶川地震和Morokat台风表明现有城市面临如下问题:

1) 城市巨型化导致城市愈发脆弱。

2) 各种灾害带来的损失越来越巨大。

3) 政府防灾不力。

4) 发展中国家大型城市问题愈发严重。

3.2 研讨会

2010年5月6日~8日召开The US-Taiwan Workshop on the Advancement of Societal Responses to Mega-Disasters Afflicting Mega-Cities研讨会。

会议分为预测与估计、大城市生命线工程、前沿技术发展方向、救灾社会与经济方面作用四个小组讨论。[iii]


[i] http://blog.memsic.com/2009/10/structural-health-monitoring-part-1-hardware.html

http://blog.memsic.com/2009/11/structural-health-monitoring-part-2-software.html

Cho,Soojin et al, Structural health monitoring system of a cable-stayed bridge using a dense array of scalable smart sensor network, Sensors and Smart Structures Technologies for Civil, Mechanical, and Aerospace Systems 2010

[ii] Maciver,Malcolm A.et al, Towards a biorobotic electrosensory system, Autonomous Robots,

Vol.11,Issue 3,263-266,2001

[iii] 论文集下载http://conf.ncree.org.tw/ProceedingsEng.aspx?n=I09905060

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