《科技创新与品牌》杂志社人物·志

王勇感受深海的力量与节奏

 

  王勇,博士,合肥工业大学机械与汽车工程学院教授。中国人工智能学会智能机器人专业委员会委员、中国自动化学会机器人专业委员会委员、中国仪器仪表学会传感器分会理事。长期从事机械设计、传感及测试技术、服务机器人及机器动力学方面的研究,先后主持或参加国家自然科学基金、国家863子课题、国家科技攻关等10个项目。在国内外发表论文10多篇,获得授权发明专利11项,获各项奖励3项。
  海洋是生命的摇篮。自古以来,探测海洋就是人类摸索生命起源、研究世界奥秘的重要方式之一。随着人类对海洋研究和开发的不断深入,各种专门应用于海洋特别是深海的传感器成为相关领域研究的焦点。
  合肥工业大学机械与汽车工程学院教授王勇,一个深蓝世界的探索者,近年专注于深海传感器的研究和设计,尤其在海洋压力和流速流向的传感及测试技术研究领域颇有建树。
  多年来,海洋压力传感器一直被广泛应用于海啸探测、潮汐测量、水下机器人作业位置测定、海上建筑平台水平度测量等工作中,但随着探测范围的扩大、探测深度的逐步增加,人们对传感器的技术要求也越来越高,尤其对能够满足大压力、高绝对精度、适于深海探测的传感器装置渴望迫切。
  王勇长期从事机械设计、传感及测试技术、服务机器人及机器动力学等方面的研究,涉猎极为广泛。在意识到深海传感器项目的重要性和先进性后,王勇就充分利用自身在机械动力学与机器人设计方面的学科优势,围绕解决深海环境中压力探测方法及相关技术问题,开始了长期的探索。
  早在本世纪初,他就开始参与水下力传感器课题项目的研究,多年来在水下机器人多轴力传感器的参数辨识、关键技术研究与设计研制等方面积累了丰富的理论和实践经验。
  随后,王勇带领课题组对几种典型的机器人用多轴力传感器结构在水压作用下的应力、应变进行了细致分析,提出了一种基于活塞式压力平衡的“水下机器人用多轴力传感器压力平衡装置”以及“基于液体的可压缩性,建立分析膜片、软囊在深水大压力下大挠度变形及其力学行为的方法”。
  该平衡装置使水下机器人用多轴力传感器不能承受深海大水压的问题得以解决,保证了力传感器工作的可靠性和精确性,为深海作业型机器人力感知系统的早日应用提供了关键性的技术保障。
  基于此,王勇课题组最终提出了一种既能测量深海大水压,又能测量微小水压的间断力平衡式压力传感器的构思,并获得了国家发明专利授权。
  成果的取得,极大鼓舞了王勇和课题组的成员。欣喜之余,他们并没有停滞不前,而是将目光投向了远方。
  王勇介绍,海流就像人体中的血液循环,把世界整个大洋联系在一起,在流动中维护着大洋各种水文、化学要素的长期相对稳定。海流对海洋中多种物理过程、化学过程、生物过程和地质过程,以及海洋上空的气候和天气的形成及变化,都有影响和制约的作用。倾听海流运动规律与节奏—海洋流场的实时监测和测量是海洋学研究、水下工程、航海以及军事活动的重要内容。
  海洋流速传感器就是用于倾听海流运动规律与节奏的一种基本传感器,已有广泛应用,但目前国内尚无能够直接用于深海的多维流速传感器。经过广泛调研和反复分析,王勇课题组将目标锁定在了可直接用于深海的海洋流速传感器上。
  在之前海洋压力传感器研究的基础上,2009年,在国家自然科学基金项目的支持下,王勇课题组进行了“三维瞬时海流的测量方法及新型传感器的研究”项目,旨在研究一种新型压阻式三维流速传感器。
  经过不懈努力和刻苦攻关,课题组最终成功研制出了新型流速传感器的原理样机,并申请了两项国家发明专利,为他们接下来的更进一步研究奠定了坚实的基础。
  纵观王勇多年在机械设计、传感及测试技术方面的研究经历,我们不仅能感受到他的研究涉猎之广,而且也很容易发现他的另一个研究特点—始终立足实际需求。无论是为解决深海探测需求研究的海洋压力传感器、流速传感器,还是在机械设计领域进行的发明创造,切实解决实际问题、满足现实所需,始终是王勇进行科学研究的出发点。而他带领课题组研发的“主被动式肢体协调运动智能健身椅”,正是王勇研究特色的集中体现。

王勇教授


  “主被动式肢体协调运动康健轮椅”在设计之初,是特别针对偏瘫患者患病特点的。利用这个轮椅,患者可用健康一侧的肢体带动患侧肢体进行运动训练,康复与健身同时进行,有助于患者尽快康复、恢复健康。而且,这个康健轮椅不受场地限制,操作简单,结合健身与康复、主动与被动训练等多种功能于一体,能够使上肢、下肢与身体协调运动得到有效训练,增强健康。
  在不断调整、改善进而形成产品的过程中,王勇课题组发现,这种健身方式不仅仅适用于中风、偏瘫患者的功能康复,它同样适用于现代社会健康人群的健身和保健。这种轮椅的出现使人们能够随时随地针对不同部位进行不同强度、多种形式的锻炼,解决了长期处于坐姿工作状态的人群缺乏体育锻炼的现实问题,表现出广阔的市场应用前景。
  该项目前期研制的第一代原理样机荣获全国机械创新设计大赛安徽赛区一等奖、全国二等奖,并获得3项国家授权发明专利。现在,王勇课题组已经与相关公司签订了合作协议,共同进行产业化推广。相信在不久的未来,这款实用型康健轮椅就会出现在我们的身边。
  机会总是青睐有准备的人。有了新型流速传感器的成功经验,2011年1月,在王勇的主持下,“可测上升流的三维瞬时海流传感器的研究”项目再次得到国家自然科学基金的垂青,新的研究征程再次揭幕。
  上升流对海洋生物和生态环境有着重要的意义,但由于其产生和运动规律复杂,目前对其探测不仅测量繁琐复杂,而且计算困难,国内外仍未见直接而有效的上升流流速探测方式。这个项目的研究目的就在于研究一种新型的海流传感器,解决上升流流速测量难题,将国内的海洋上升流研究提升到一个新的高度。
  前路漫漫,路阻且长。王勇深知,选择远方,也就选择了风雨兼程。但他们没有丝毫畏惧,因为他们相信,沧海横流方显英雄本色,风雨后的彩虹只会更加炫彩夺目。