機(jī)械學(xué)院專欄《科苑·星壇》第五期準(zhǔn)時(shí)啟航！本期將為大家介紹杜晗恒副教授。杜老師在超精密加工技術(shù)、納米級(jí)精度閉環(huán)控制、微納結(jié)構(gòu)智能加工、功能微納結(jié)構(gòu)表面前沿應(yīng)用等方面取得了多項(xiàng)成果。本期將為本科生提供“微納結(jié)構(gòu)加工輔助裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與智能控制”小微項(xiàng)目。期待同學(xué)們的加入，在超精密微納結(jié)構(gòu)制造與智能控制的知識(shí)探索中享受科研樂(lè)趣！
01個(gè)人簡(jiǎn)介
杜晗恒，副教授，國(guó)家級(jí)青年人才，博士生導(dǎo)師。博士畢業(yè)于香港理工大學(xué)，2024年入職北航機(jī)械學(xué)院。致力于航空航天、集成電路等領(lǐng)域高端設(shè)備對(duì)超精密加工技術(shù)和功能微納結(jié)構(gòu)元件的重大需求。主持國(guó)家自然科學(xué)基金、“敢為”計(jì)劃等多個(gè)國(guó)家/省部級(jí)項(xiàng)目。以第一作者或通訊作者在IEEE Transactions on Industrial Electronics等SCI頂刊發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，合作發(fā)表Nature一篇，封面文章2篇。現(xiàn)擔(dān)任International Journal of Extreme Manufacturing、Research等SCI期刊的青年編委，在npj advanced manufacturing期刊主持Next-Generation Ultra-Precision Machining: Atomic-Level Manufacturing and Functional Applications?？?，獲第十三屆上銀優(yōu)秀機(jī)械博士論文獎(jiǎng)優(yōu)秀獎(jiǎng)和中國(guó)發(fā)明協(xié)會(huì)發(fā)明創(chuàng)業(yè)獎(jiǎng)創(chuàng)新獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。指導(dǎo)本科生獲2025年中國(guó)大學(xué)生機(jī)械工程創(chuàng)新創(chuàng)意大賽三等獎(jiǎng)、第八屆“精雕杯”畢業(yè)設(shè)計(jì)大賽優(yōu)秀獎(jiǎng)。
02 學(xué)術(shù)成果
1）設(shè)計(jì)高性能超精密加工設(shè)備
為實(shí)現(xiàn)硬脆材料微納結(jié)構(gòu)表面的高質(zhì)量創(chuàng)成，研制了大行程高帶寬超精密加工設(shè)備，建立了微納定位平臺(tái)的拓?fù)鋬?yōu)化算法，設(shè)計(jì)了超聲橢圓振動(dòng)輔助裝置，開展了原理樣機(jī)的理論建模分析與多物理場(chǎng)有限元性能仿真，并集成開發(fā)了操控交互軟件，如圖1所示。
圖1 高性能超精密加工設(shè)備
2）開發(fā)納米級(jí)精度閉環(huán)控制技術(shù)
高精度閉環(huán)控制是實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)高效高質(zhì)制造的重要技術(shù)。為解決傳統(tǒng)控制算法存在精度低、響應(yīng)慢、魯棒性差等問(wèn)題，開發(fā)了“動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)-在線感知-實(shí)時(shí)補(bǔ)償”一體化閉環(huán)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)分辨率5 nm的多自由度任意運(yùn)動(dòng)軌跡追蹤控制，如圖2所示。
圖2 納米級(jí)精度閉環(huán)控制技術(shù)
3）提出微納結(jié)構(gòu)智能加工方法
針對(duì)傳統(tǒng)超精密加工微納結(jié)構(gòu)存在靈活性差、加工效率低等不足，提出了快刀伺服超精密金剛石車雕方法，開發(fā)了加工路徑自適應(yīng)生成算法，建立了深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的加工參數(shù)優(yōu)化模型，實(shí)現(xiàn)了微納結(jié)構(gòu)的超精密加工參數(shù)智能優(yōu)選。
圖3 微納結(jié)構(gòu)智能加工
4）功能微納結(jié)構(gòu)表面前沿應(yīng)用
基于光柵衍射原理，提出了納米光柵陣列誘導(dǎo)的光學(xué)信息產(chǎn)生和加密方法，實(shí)現(xiàn)了超精密加工技術(shù)在信息科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。針對(duì)Leidenfrost效應(yīng)帶來(lái)的熱學(xué)瓶頸難題，基于微柱陣列設(shè)計(jì)了柔性結(jié)構(gòu)熱裝甲，實(shí)現(xiàn)了極端高溫環(huán)境下的高效液冷，為解決我國(guó)航空航天領(lǐng)域高端設(shè)備的高溫散熱難題提供了新思路。
圖4 功能微納結(jié)構(gòu)表面前沿應(yīng)用
03 項(xiàng)目介紹
1）項(xiàng)目簡(jiǎn)介
微納結(jié)構(gòu)加工輔助裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與智能控制
微納結(jié)構(gòu)在光學(xué)成像、生物傳感等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對(duì)現(xiàn)有微納結(jié)構(gòu)加工輔助裝置存在行程小、帶寬低、精度不足等問(wèn)題，本項(xiàng)目基于逆壓電效應(yīng)設(shè)計(jì)三自由度柔性機(jī)械結(jié)構(gòu)，并開展理論分析與性能測(cè)試。通過(guò)開發(fā)深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的自適應(yīng)閉環(huán)控制算法，實(shí)現(xiàn)微納結(jié)構(gòu)加工輔助裝置的高精度、高穩(wěn)定性運(yùn)動(dòng)控制。
2）所需能力
了解線性代數(shù)、理論力學(xué)基本知識(shí)
掌握Solidworks基本建模方法
較強(qiáng)實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
良好團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力
3）相關(guān)事項(xiàng)
項(xiàng)目周期：3-9個(gè)月
所需人數(shù)：2-5名
4）聯(lián)系方式
電子郵箱：duhanheng@buaa.edu.cn
04 老師寄語(yǔ)
愿同學(xué)們：
快樂(lè)學(xué)習(xí)，在知識(shí)的探索里收獲成長(zhǎng)，
開心生活，在日常的點(diǎn)滴中擁抱熱愛(ài)，
堅(jiān)定夢(mèng)想，勇往直前，奔赴人生的滾燙主場(chǎng)。
