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理大研發創新仿生物抗振結構 • 應用領域廣泛

The Hong Kong Polytechnic University

香港理工大學(理大)機械工程學系成功研發創新的仿生物抗振結構,非線性的結構能大幅減低各類機械系統承受的振動,效能可靠度與成本效益遠勝現有工具和設備,因而應用領域非常廣泛。

創新的抗振結構乃參照雀鳥昆蟲X型的肢體結構的原理,這結構令牠們快速走動時仍能抑制振動、維持身體穩定。X型抗振結構同時展示三大優點 : (1) 對任何振動均產生接近「零反應」(近零的低動剛度 /quasi-zero low dynamic stiffness);(2) 高負載能力 (high loading capacity);以及 (3) 在較強振動下阻尼 (damping / 即消耗能量)自動調高,而小幅振動時阻尼自動調低(避免在較弱振動情況下,大阻尼妨礙機械系統的正常運作)。創新的結構能具備這些優越性能,全因其為非線性系統 (nonlinear system),現時市面大多數抗振系統乃按線性系統設計,無法三項優點皆備。因此,理大創新的仿生物結構能廣泛應用於各種工程運作與抗振防振設施。

抗振裝備助保障工人健康

理大機械工程學系副教授景興建博士領導研究團隊,率先將已取得專利的創新結構,應用於手提鑽鑿路面工具,團隊已獲資助、及建築業界提供的設備與測試支援,著手為鑽鑿工具設計外置輔助抗振裝備。

新裝備抗振性能優越,因而能顯著預防建築工人手與臂振動導致的職業病。與目前市面大部份常用的鑽鑿工具相比,新外置裝備能大幅抑制鑽鑿石屎路面時手與臂承受的振動水平,達到理想的安全範圍。此外,新裝備的製造及維修保養成本極低,折疊結構設計彈性非常大,可調節配合不同體積、物料的工具,有助大大提升其廣泛使用。現時,市面常用的鑽鑿路面工具售價約港幣1,000元,添加理大研發的外置輔助抗振裝備,估計額外只需港幣1,000 - 2,000元,但性能則大幅優於高質素的主動振動控制工具,後者目前市價約港幣10,000 - 40,000元。

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理大三科研項目獲「2017 TechConnect 全球創新獎」

景博士研發的創新仿生物抗振結構,與理大另外兩項科研項目並獲「2017 TechConnect全球創新獎」,理大是香港首間大學獲頒此獎項,主辦機構每年於美國舉辦

「TechConnect 世界創新會議暨博覽會」,旨在推動創新科技的發展與商用化,現已成為全球最大型的周年跨界別盛事,雲集來自逾70國家超過4,000名科技發明者、企業家、工業夥伴、投資者等。

主辦機構每年於提交的創新發明中,只選取最優秀的 20% 頒授獎項,評選主要按創新技術在特定工業領域的潛在影響。今屆共頒26 項全球創新獎 (Global Innovation Awards) 予非美國資助的項目,以及60 項國家創新獎 (National Innovation Awards) 予美國國家資金資助的項目。理大是唯一來自香港的得獎者,兼且同時連奪三項全球創新獎。其他得獎者包括世界知名的科研機構,如: 美國太空總署、美國國家實驗室、喬治亞理工學院、普林斯頓實驗室、加州大學洛杉磯分校、澳洲國立大學等等。理大代表團將於五月中到美國華盛頓領獎,同時於TechConnect 世界創新會議暨博覽會展示理大的科研成果。

有關TechConnect 創新獎的詳情,請閱覽其官方網頁:- http://www.techconnectworld.com/World2017/participate/innovation/awards.html

創新抗振結構應用領域廣泛

隔振或減振系統分為「被動控制」及 「主動控制 」兩類,被動控制包括橡膠墊、機械彈簧、底部隔振等;主動控制則從外部振動源頭相反的方向,施加主動控制力,以相同力度抗衡外部振動。一般而言,主動控制系統的抗振效果明顯較為優勝;然而,兩者相比,被動控制系統的製造、運作與保養成本顯著較低,兼且能量消耗低、設計較簡單、易於維修、穩定性因而較高,大多數工程操作因此仍然傾向選用被動控制系統。

理大創新的仿生物X型結構兼具被動和主動控制系統的優點,其展示非線性系統的剛度與阻尼特性,能大幅抑制振動及消耗振動能量,因而能非常廣泛應用於不同領域,除了理大團隊已著手研究應用於鑽鑿工具外,創新結構的其他應用範疇還包括 : 機械人結構、鐵路、車輛制動系統、精密機械儀器、離岸平台

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