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超級計算已離生活很近,突破40年技術瓶頸 新型人工肌肉材料研發成功
2019年09月18日    閱讀量:818    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

 2019世界計算機大會近日在“銀河”“天河”超算之鄉湖南長沙舉行,來自全球的計算機“大咖”共話計算機技術和產業的未來。


  每秒鐘的運算能力為十億億次、百億億次的超級計算機,看起來離人們的日常生活很遙遠。而實際上,超算在“算天”“算地”“算人”上通過持續服務于航空航天、氣象預報、宇宙演化模擬、抗震分析等科研創新,已全面融入我們生活的方方面面中國機械網okmao.com


  完成500人規模的全基因組信息關聯性分析,利用原有計算機需1年時間,利用“天河二號”只需3個小時;研制一架大飛機,過去需高成本耗費兩年時間來做全機風動試驗,而利用超級計算機模擬仿真,6天就完成相關工作……


  “隨著應用體系的不斷開發與完善,超級計算機在支撐國家科技創新、服務國家創新驅動和地方產業發展等方面發揮著越來越重要的作用,目前已經在大氣海洋環境、數值風洞、醫學信息、基因組學、藥學、電磁學、天文學等領域取得了一系列大規模并行計算的創新成果。”國防科技大學計算機學院研究員李瓊細數超級計算機的“本領”。


  近年來,大數據、云計算和人工智能等科技理念風起云涌,而這些科技的應用,都離不開強大的計算能力。基于和超級計算的深度融合,一系列衍生的應用開始走進人們的日常生活。


  比如,超算平臺開發的精細數值天氣預報系統,能準確預測未來15天以上氣象變化情況。每12分鐘實時刷新未來6小時的氣象變化數據,讓災害性天氣的備災時間大幅增加,減少災害帶來的損失;


  自動駕駛出租車將出現在長沙街頭,5G+云計算能實時監控交通現場厘米級運行軌跡,5G高速公路繞城而過,人工智能旅行師幫你制訂行程;


  基于國家超級計算長沙中心的大數據,骨質疏松人工智能篩查機器人“大腦 ”中,涵蓋了200余種骨質疏松風險體征的問題庫,可精確“問診”骨質疏松癥,3至5分鐘內就可提供個性化診療報告,準確率超過90%……


  國家超級計算長沙中心副主任彭紹亮說,通過對海量的醫療健康大數據進行數據治理和隱私保護,現在已研發出ICU臨床終點預測機器人,“可以根據患者的病史來預測患者是否會患某疾病、是否會死亡、住院時長以及是否會再入院等臨床事件。”


  “可以說,超算已日漸滲透到了計算‘天地人’的方方面面,成為解決世界難題的‘超強大腦’。”彭紹亮說。


  截至目前,我國先后在天津、長沙、廣州等地建成6家國家級超算中心,為創新驅動發展提供了新動能。“天河一號”超級計算機已應用10年,是世界上連續穩定運行時間最長的超級計算機之一。每天服務8000多個科研計算任務,“天河一號”已累計支持國家科技重大專項和研發計劃等超過1600項,為石油資源開發、裝備制造、生物醫藥等行業企業累計帶來經濟效益近百億元。


  “在計算能力快速提升、算法不斷演進以及大數據迅猛增長的支撐下,智能化已進入了快速發展的應用時期,將深刻改變人類社會生活,改變世界,開啟一個新的智能時代。”工業和信息化部電子信息司司長喬躍山說。




  人工肌肉是一種新型智能形狀記憶材料,它能夠通過材料內部結構的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹。目前,常用的人工肌肉材料有壓電陶瓷、形狀記憶合金、電活性聚合物等。近日,記者從東南大學獲悉,該校化學化工學院楊洪教授課題組研制出了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料,其具有超強的力學性能,突破了40年來的研究瓶頸,在人造肌肉等領域有廣泛的應用前景。該研究成果于近日發表在國際期刊《美國化學會志》雜志上。


  液晶彈性體是一種典型的雙向形狀記憶材料,具有形變大、形變可逆等技術優點,在仿生器件、軟機器人等領域有很好的應用前景。然而,經過長達40年的發展,液晶彈性體研究仍停留在實驗室層面,未實現工業化應用。


  楊洪介紹,液晶彈性體40年前就研發出來了,20年前,人們認識到它可以作為人工肌肉的優質材料使用。“液晶彈性體作為最好的雙向形狀記憶材料,形變量大,可以從100厘米壓縮到20厘米,形變速度也快,這比壓電陶瓷等材料更有優勢。”


  但限制其應用的關鍵科學問題是,液晶彈性體在形變過程中產生的應力太小,無法滿足實際應用場景的力學性能需求。楊洪說:“影響應力大小的一個很重要的指數是彈性模量的大小,目前國內外研究的液晶彈性體的形變彈性模量只有一點幾兆帕,如果想用作人工肌肉使用,至少要到10兆帕。”


  楊洪教授科研團隊另辟蹊徑,采用將聚氨酯液晶彈性體和聚丙烯酸酯液晶熱固體的小分子前體組分混合,再同步交聯的技術途徑,制備了一種聚氨酯/聚丙烯酸酯互穿網絡結構液晶彈性體材料,其收縮應變、應力、彈性模量分別達到了46%、 2.53兆帕、10.4兆帕,首次全面滿足了液晶彈性體基人造肌肉的力學性能要求,突破了該領域的技術瓶頸。


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