前沿成果

（一）西安交通大学张辉副教授团队在仿生微流控领域取得重要突破

我们要为大家介绍一项来自西安交通大学机械工程学院的精彩研究成果——这项研究从神奇的猪笼草身上获得灵感，开发出了能够"智能操控"液体的创新技术！

1.自然界的智慧：猪笼草的启示

不知道大家是否观察过猪笼草？这种奇特的食虫植物有一个光滑的"嘴唇"（口缘），能够让昆虫一不小心就滑落其中。早在2016年，科学家们就发现猪笼草口缘表面的微结构具有引导液体单向流动的神奇能力。然而，为什么这些微结构呈现出特殊的"弓形"？这个谜团困扰了科学界近十年。

2.破解自然之谜：张辉副教授团队的重要发现

现在，西安交通大学机械工程学院的张辉副教授团队揭开了这个谜底！他们发现，这种弓形结构实际上是一种"能量最优"的设计——它能够以最小的能量消耗，实现对液体的最大程度控制。简单来说，就是找到了"最省力却最有效"的液体操控方法。

3.研究团队介绍

这项研究的领衔者张辉副教授，是西安交通大学机械工程学院的优秀青年教师。他的研究方向主要集中在：

· 仿生微纳制造

· 智能表面与界面技术

· 微流控系统

· 功能材料与结构设计

张老师团队善于从自然界中寻找灵感，将生物界的智慧转化为工程技术解决方案，真正体现了"师法自然"的研究理念。

4.研究意义与前景

这项研究不仅解答了长期困扰学界的科学问题，更为未来的微流控技术开辟了新方向。想象一下，未来的医疗检测设备可能像猪笼草一样"智能"，能够自动分离和检测体液；环保设备能够高效分离污染物……这些都有可能从这项研究中获得启发。张辉副教授团队的工作，展现了交大在机械工程领域的创新实力，也体现了多学科交叉研究的巨大潜力。让我们期待他们带来更多精彩的科研成果！

 

图1 高曲率弓形边缘在方形沟槽中对液体铺展的阻碍机制

（二）热也能“智能导航”？西安交大科研团队造出“热二极管”

在我们的印象里，热量总是自发地从高温处流向低温处，就像水往低处流一样自然。然而，随着高功率装备如高能武器、高超声速飞行器的迅猛发展，传统的散热技术已逐渐达到极限。如何像控制电流一样精准控制热流，成为现代热控技术面临的一大挑战。

在此背景下，西安交通大学机械工程学院洪军教授与李宝童教授团队，从“热路由”这一前沿理念出发，提出将热量视为一种“可编程资源”，实现对热流的智能引导与精准管理，从而突破现有热控系统的物理瓶颈。

1.未来应用：从热逻辑器件到智能热防护

这项突破性研究不仅解决了宏观尺度非互易热传递的实现难题，更为未来技术发展打开了全新的大门：

· 热逻辑器件：实现基于热信号的逻辑运算与控制；

· 智能热防护装甲：为高超声速飞行器提供定向热管理；

· 热隐身技术：通过调控热流路径实现目标热隐身。

2.团队与愿景

这项由洪军教授与李宝童教授领衔的研究，展现了西安交通大学在先进热控技术与仿生工程领域的深厚积累。他们通过跨学科创新，将自然界的生长智慧转化为工程问题的解决方案，为下一代热管理技术提供了全新的设计范式。

未来，随着“热路由”技术的成熟，我们或许将迎来一个热量被精准调度、高效利用的全新时代——热，将不再只是需要散去的负担，而是可以被智能管控的宝贵资源。

图2 热二极管的数值验证和实验演示

PART1

发现未来的制造革命

走进机械智能制造的专业世界

你是否想象过，未来的工厂会是什么模样？没有嘈杂的机器轰鸣，没有工人在流水线旁忙碌

取而代之的，是智能机器人自主协作，是3D打印机悄然制造着精密零件，是云端系统实时优化着整个生产过程。这就是机械智能制造专业所要创造的未来世界。

（一）当机械遇见智能，一场变革正在发生

这个专业不仅仅是学习传统的机械设计制造，更是要将人工智能、大数据、物联网等新技术

与传统机械工程深度融合，在这里，你将学会：智能传感技术、人工智能算法、工业互联网系统、增材制造技术。

（二）四个令人兴奋的研究方向

1. 智能机器人与自主系统

就像为机器注入“灵魂”，让它们能够感知环境、自主决策

从工业机械臂到服务机器人，都是你的创作舞台

2. 数字化设计与增材制造

想象一下，在电脑上设计出复杂零件，一键发送就能打印出来

这就是3D打印技术带来的制造革命

3. 工业大数据与智能运维

让机器会“说话”，通过数据分析预测故障

做设备的“医生”，实现预测性维护

4. 人机协作与智能工厂

设计人与机器和谐共处的生产环境

构建真正意义上的“无人工厂”

（三）这个专业适合谁？

如果你：喜欢动手实践，拆解研究机械结构，对编程和人工智能充满好奇，渴望用技术改变传统制造业，善于团队协作，解决复杂问题，那么，机械智能制造可能就是你的理想选择。

（四）未来的你，可以做什么？

毕业后，你将成为：智能制造系统架构师、工业机器人工程师、数字化工厂规划师、智能装备研发工程师、工业数据分析专家……在航空航天、新能源汽车、高端装备等领域大展身手。

（五）为什么选择这个专业？

因为这里不仅有技术的深度，更有应用的广度。你将站在制造业数字化转型的浪潮之巅，亲手打造未来的智能工厂，见证“中国制造”向“中国智造”的历史性跨越。

（六）给未来工程师的寄语

机械智能制造不只是学习一门技术，更是培养一种思维方式一种、用智能重新定义制造的创新思维、一种用技术解决实际问题的工程思维。在这里，每一个创意都可能改变制造业的面貌，每一次尝试都在为智能未来添砖加瓦。

你，准备好加入这场制造革命了吗？

让我们一起，用智能点亮制造的未来！

PART2

教授专访

专访：前沿探索与本科生科研成长指南

在西安交通大学机械学院，刘宏磊副教授深耕结构优化领域，作为西安交大青年优秀人才（A类）、美国路易斯安纳州立大学访问学者，他带领团队在拓扑优化、多学科耦合设计等领域成果丰硕，荣获2022年度教育部技术发明一等奖，主持参与国家、省部级项目10余项，授权发明专利36项。以下通过Q&A形式，带大家走进他的科研世界，解锁本科生科研入门与成长的实用建议！

一、项目组研究方向大揭秘

Q1：您能给我们介绍下课题组的核心技术是什么吗？它主要是用来解决哪些实际难题的呢？

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简单说，拓扑优化就是 “智能省料设计”—— 告诉计算机产品要扛住振动、承重等需求，它会自动算出材料最合理的分布，去掉多余部分，让结构又结实又省钱。课题组的核心技术是能量有限元拓扑优化，引导分析振动按照想要的方向传递，将振动从需要减振的地方引导到对振动不敏感的地方，专门解决 “振动能量乱反射” 的难题。就像声音碰到墙壁会反弹，机器里薄零件和厚零件交界处，振动能量也会 “撞墙反弹、堆积不均”（这就是 “不连续场”）。之前的技术算不准这种反弹，设计出的产品可能看似合理，实际用着容易坏；而我们的技术像 “高精度能量探测器”，能精准捕捉能量变化，给后续优化提供可靠依据。

Q2：这项核心技术目前已经落地到哪些实际应用场景中了？能不能用一些生活里能理解的案例给我们讲讲？

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这项技术已落地多个重大领域，用生活案例来说：

工程机械：盾构机挖隧道的刀盘，又要扛压力又要抗振动，优化后使用寿命提升 30%，施工效率更高；

航海航空：潜艇振动小了更难被探测，飞机蒙皮振动控制优化后，舱内噪音降低 20%，更安全舒适；

高端装备：火箭能抵御高温强振动（热震、声震耦合），工业母机实现 “又硬又轻” 的轻量化设计，重量减轻 25% 还不影响加工精度；

前沿科技：芯片传热系统优化后，满负荷运行温度降 10℃，航天电磁超材料经优化，雷达探测距离缩短 40%。

Q3：课题组现阶段的重点研究方向有哪些？在研究过程中，遇到的主要技术瓶颈又是什么呢？

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核心研究方向有 5 类：结构仿生拓扑优化设计（学蜂巢、蜘蛛网）、多学科耦合智能设计、航天器控温减振、芯片传热优化、超材料研究。

最大瓶颈在芯片散热：高性能芯片的热流密度达 300 瓦 / 平方厘米（指甲盖大小产 300 瓦热），远超普通电炉子，散热差就会 “罢工”。而散热涉及液冷、蒸汽相变等复杂过程，之前的计算要么精度低（误差超 15%），要么计算量大（一次仿真要几天），结构优化还需反复试错，我们正攻克 “又快又准” 的计算方法。

Q4：最近一段时间，课题组有没有取得一些值得关注的重要研究成果？可以和我们分享一下吗？

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中高频振动优化：从单一振动优化拓展到兼顾温度、声音等多因素，应用于高速飞行器后，抗振、控温性能显著提升；

工业母机优化：破解 “刚与轻” 的矛盾，相关企业采用后订单量增长 28%；

超材料研究：研发出高比刚度、高泊松比的新型材料（能被蒲公英绒毛支撑），还在攻关控热、阻振动、隐身等功能型超材料，前景广阔。

二、本科生科研与成长实用建议

Q1：对于大一新生来说，如果想申请进入您的课题组参与科研，在入门之前需要提前掌握哪些技能或者知识储备呢？

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无需过度纠结 “提前学什么”，核心是大胆迈出第一步。很多同学担心 “没学过 COMSOL、不会专业算法”，但这些并非入门必要条件 —— 课题组会提供由浅入深的梯度培养，进入团队后，老师会根据基础和研究方向量身定制学习计划，针对性指导工具使用和专业知识补充。与其盲目自学浪费时间，不如主动联系老师，明确方向后再精准发力。

Q2：本科生想要参与到科研实践中，通常有哪些比较实用的切入路径可以选择呢？

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三条实用路径可供参考：

主动联络老师：这是最关键的一步。可带着兴趣方向、现有基础（哪怕零基础）找老师沟通，老师会提供适合本科生的简化版项目，从基础环节积累经验；

依托现有基础切入：若有相关算法（如遗传算法）、课题经验或课程知识，可主动对接老师，快速融入对应研究方向；

参与团队培训：课题组定期开展技术培训、文献分享等活动，积极参与能快速了解领域核心内容，熟悉团队节奏。

Q3：很多本科生都会面临一个难题，就是不知道如何平衡课堂学习和科研实践，您能给他们一些具体的建议吗？

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核心是 “先夯实基础，再逐步加码科研”。首先，本科阶段的专业基础课（力学、材料、编程等）是科研根基，必须认真学好；其次，科研初期可利用课余时间参与（周末讨论、课后完成小任务），避免影响课程学习；最后，学会向老师和学长学姐请教，提高科研效率，实现学习与科研的良性互动。

Q4：从传统的课堂理论学习，过渡到实际的科研实践，您觉得有哪些关键的衔接方法可以帮助本科生更快适应呢？

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最关键的是 “找对引路人，循序渐进”。很多同学刚接触科研会 “无从下手”，此时一定要主动寻求老师指导 —— 老师会帮你明确研究步骤、拆解核心问题，让你像 “练级升级” 一样逐步提升能力。

另外，要学会 “把课程知识转化为科研能力”：比如课堂上学过的力学原理，可在结构优化项目中验证应用；编程课程学的代码能力，可用于数据处理或仿真建模。同时，不要害怕犯错，科研中遇到问题是常态，关键是通过查阅文献、与团队讨论找到解决方案，实现从 “被动学习” 到 “主动探索” 的转变。

Q5：目前有三个专业分流方向可供选择，不少同学都很纠结，您能给他们一些选择上的参考建议吗？

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三个方向均为热门领域，无绝对优劣之分，选择时可从三个维度考量：

看兴趣：兴趣是长期坚持的核心动力。喜欢智能控制、故障诊断，可关注智能制造；对汽车行业感兴趣，选车辆工程；想深耕基础机械技术，机械工程底蕴更深厚；

参考家庭建议：若父母在机械行业有积累，其行业经验和资源能提供不少帮助，建议具有实际参考价值；

提前调研：分流前可找各方向老师咨询，查阅培养计划、就业前景，参观实验室，再结合自身情况做决策。

文案|科创部 林巧巧 姜玥 李毅成 叶泓希

美工|科创部 叶泓希

审核|梁渝普 苏榆涵