以来2021年4月推出,工程研究远景联盟召集了一组不同的专家,探讨基础研究可能产生最大影响的三个领域:气候变化;生物学和工程学的联系;保护关键基础设施不受黑客攻击。

为了确定每个主题的优先事项,erva -一个由美国资助的倡议国家科学基金-举办所谓的愿景活动,IEEE成员和来自学术界、工业界和非营利组织的数百名其他专家可以将大胆的想法概念化。结果提炼成报告,确定工程研究追求可操作的优先事项。最近的异象事件报告将在未来几个月向公众公布。


IEEE是加入ERVA的20多个专业工程学会之一联盟合作伙伴

研究能源储存和温室气体捕获解决方案

确定应对气候危机的技术是ERVA的第一个主题。该主题基于ERVA去年对工程界进行的一项关于研究重点应该是什么的调查结果。

“500名受访者给出的最响亮的答案是气候变化,”他说这样Grejner-Brzezinska他是EVRA的首席研究员。她是一家知识企业的副总裁俄亥俄州立大学在哥伦布市。

虚拟视觉活动12月,专家们探索了太阳能和可再生能源、碳封存、水资源管理和地球工程。气候变化特别工作组发布了报告上个月。

这些是ERVA认为应该进行的一些研究领域:

  • 能源储存、传输和关键材料。这些材料包括那些纳米工程材料,那些可用于非传统能量存储的材料,以及那些可以从热循环中提取额外能量的材料。
  • 温室气体捕获和消除。研究重点包括捕获和消除农业作业中释放的甲烷和一氧化二氮。
  • 弹性、节能和健康的基础设施。一个确定的优先事项是研究开发用于建筑物和道路的低成本涂料,以减少热效应并增加自冷却。
  • 水、生态系统和地球工程评估。该报告确定了创建传感、测量和人工智能模型以分析水流的研究,以确保在干旱和由气候变化引起或恶化的其他破坏性事件期间可用。

Grejner-Brzezinska说:“ERVA在这份报告中奠定的基础为资助者提供了投资的蓝图,并为一个更安全和可持续的世界催化工程研究。随着各机构和研究组织制定立法,减少碳排放,支持清洁能源技术,工程技术将在研发方面处于领先地位。”

IEEE正在开发一个策略指导组织应对全球威胁的行动。

利用生物学和工程学来中断病毒的转移

一个虚拟的展望事件“利用生物学来推动工程的影响”在3月举行。这个希望,正如活动的解释网站这项计划的目的是改变生物学和工程学交叉的研究领域:医疗保健和医学、农业和高科技。

“随着各机构和研究组织制定立法,减少碳排放,支持清洁能源技术,工程技术将在研发方面处于领先地位。”

专家们考虑了三个领域的研究方向:利用生物学来激励工程师开发新的组件,适应和采用超出其原始功能的生物结构,以及创建改进生物学的工程系统和组件。例如,阻断病毒从一个物种向另一个物种的转移,以减少疾病的传播。

根据Grejner-Brzezinska的说法,该工作组关于研究领域的报告定于下个月发布。

保护基础设施免受黑客攻击

根据ERVA的说法,当今的主要工程挑战之一是保护基础设施免受黑客和其他威胁。面对面地展望事件上个月在麻省理工学院安全基础设施的工程研发解决方案主题,研究人员讨论了安全技术的差距,并研究了如何设计值得信赖的系统,以及如何在相互依赖的基础设施中建立弹性。

ERVA描述unhackable作为确保社会所依赖的基本系统和服务的安全、保障和信任的能力。

工作组审查了与资产和硬件等有形基础设施有关的研究主题;软件和算法;以及数据和通信网络。它还为用户、运营商和安全管理员考虑了新的安全方法,以阻止网络攻击。

Grejner-Brzezinska该工作组的报告将于12月中旬发布。

可持续的交通网络

下一个异象事件的计划已经开始,可持续交通网络,将于11月2日和3日举行。会议将探讨创新和可持续的交通模式以及支持这些模式所需的基础设施网络。讨论的领域包括绿色建筑;纵向影响研究;铁路、海运、航空等互联互通的交通方式;还有运输公平。

成为ERVA的支持者

Grejner-Brzezinska说,ERVA将每年就有潜力解决社会挑战的广泛工程研究主题召开四次展望活动。作为该领域专家的IEEE会员可以通过加入ERVA冠军来参与其中,目前ERVA冠军已超过900人。他们是第一批了解即将举行的愿景会议和志愿团体(如专题工作队、咨询委员会和常设委员会)的空缺的人。成员可以在ERVA网站上注册

Grejner-Brzezinska说:“成为冠军是一个打破学科孤岛的机会,真正与工程研究界的其他人走到一起。”“你可以做工程师最擅长的事情:解决问题。”

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基础电子学的内在美

O笔电路展示了无源组件的惊人复杂性

5分钟读取
垂直
高稳定性薄膜电阻器的照片,黄色字母为“MIS”。
所有照片由Eric Schlaepfer & Windell H. Oskay拍摄
蓝色的

Eric Schlaepfer是尝试在修理一个坏掉的测试设备时,他偶然发现了问题的原因——一个有问题的钽电容器。这个组件不知怎么就短路了,他想知道原因。于是他把它擦得锃亮,想看一看里面。他从未找到这段短片的来源,但他和他的合作者温德尔·h·奥斯卡(Windell H. Oskay)发现了更好的东西:电子设备中隐藏着一个令人惊叹的世界。接下来是一个又一个小时的抛光、清洁和摄影,结果是开路:电子元件的内在美(No Starch Press, 2022),摘录如下。正如作者所写的,关于这些组件的一切都是为了满足特定的技术需求而故意设计的,但这种设计导致了“意外之美:你从未期望看到的事物的涌现美学。”

从一本书,跨越广阔的电子世界,我们在什么亚博真人yabo.at令人惊讶的是,我们不花太多时间去思考的东西的内部是被动组件。晶体管、led和其他半导体可能是它们发挥作用的地方,但电阻器、电容器和电感器的简单物理也有它们自己的辉煌。

高稳定性薄膜电阻

高稳定性薄膜电阻器的照片,黄色字母为“MIS”。

所有照片由Eric Schlaepfer & Windell H. Oskay拍摄

这种高稳定性的薄膜电阻器直径约为4毫米,其制作方法与廉价的碳薄膜电阻器非常相似,但精度极高。在陶瓷棒上涂上一层薄薄的电阻膜(薄金属、金属氧化物或碳),然后在薄膜上加工出一个完全均匀的螺旋槽。

电阻器没有涂上环氧树脂,而是密封在一个有光泽的小玻璃信封里。这使得电阻更加坚固,非常适合精密参考仪器等特殊情况,其中电阻的长期稳定性至关重要。与环氧树脂等标准涂层相比,玻璃外壳能更好地隔离水分和其他环境变化。

15转微调电位器

一张蓝筹股的照片
电路板上蓝筹股的照片。

调整螺丝旋转15圈才能将一个15圈的微调电位器从电阻范围的一端移到另一端。需要用精细分辨率控制进行调整的电路使用这种类型的微调锅,而不是单圈品种。

这个微调器的电阻元件是一条金属陶瓷——陶瓷和金属的复合材料——丝印在白色陶瓷衬底上。丝网印刷的金属将每一端的带材连接到连接线上。这是一个扁平的,线性的马蹄形电阻元件在单圈修剪。

转动调节螺丝使塑料滑块沿着轨道移动。雨刷是一个弹簧手指,一个弹簧加载的金属触点,连接到滑块上。它使金属条与电阻膜条上选定的点接触。

陶瓷圆盘电容器

一个陶瓷圆盘电容器的剖面图
陶瓷圆盘电容器的照片

电容器是以静电的形式储存能量的基本电子元件。它们被用在无数方面,包括大容量能量存储,平滑电子信号,以及作为计算机存储单元。最简单的电容器由两块平行的金属板组成,它们之间有间隙,但电容器可以有多种形式,只要有两个导电表面,称为电极,由绝缘体隔开。

陶瓷圆盘电容器是一种低成本的电容器,经常在电器和玩具中发现。它的绝缘体是一个陶瓷圆盘,它的两个平行板是极薄的金属涂层,蒸发或溅射到圆盘的外表面。连接线使用焊料连接,整个组件浸在多孔涂层材料中,这种材料干燥坚硬,可以保护电容器不受损坏。

薄膜电容器

电容器切割后的图像
绿色电容器的照片。

薄膜电容器经常出现在高质量的音频设备中,如耳机放大器、唱机、图形均衡器和无线电调谐器。它们的主要特点是电介质材料是塑料薄膜,如聚酯或聚丙烯。

这种薄膜电容器的金属电极真空沉积在长条形塑料薄膜表面。在引线连接后,薄膜被卷起并浸入环氧树脂中,将组件粘合在一起。然后,将完成的组件浸在坚硬的外层涂层中,并标记其价值。

其他类型的薄膜电容器是由金属化塑料薄膜的平层堆叠而成,而不是将薄膜层卷起来。

浸钽电容器

一个浸入钽电容器的剖面图的照片

电容器的核心是一个多孔的钽金属小球。该颗粒由钽粉烧结制成,或在高温下压缩成致密的海绵状固体。

就像厨房里的海绵一样,所产生的颗粒具有单位体积的高表面积。然后对颗粒进行阳极氧化,形成具有同样高表面积的绝缘氧化层。这一过程将大量电容封装到一个紧凑的器件中,采用海绵状几何结构,而不是大多数其他电容器使用的堆叠或滚动层。

该器件的正极或阳极直接连接到钽金属上。负极或阴极是由一层薄薄的导电二氧化锰涂层形成的。

轴向电感器

轴向感应器的剖面图
一组剪断电线的照片

电感器是以磁场的形式储存能量的基本电子元件。例如,它们被用于某些类型的电源中,通过交替存储和释放能量来在电压之间转换。这种节能设计有助于最大限度地延长手机和其他便携式电子产品的电池寿命。

电感器通常由一圈绝缘电线包裹在铁芯或铁氧体(一种充满氧化铁的陶瓷)等磁性材料上组成。在磁芯周围流动的电流会产生一个磁场,这个磁场就像电流的飞轮,在电流流过电感器时平滑电流的变化。

这种轴向电感有许多圈的清漆铜线绕铁氧体形式和焊接到铜引线在其两端。它有几层保护:绕组上的透明清漆,焊点周围的浅绿色涂层,以及醒目的绿色外层涂层,以保护整个组件,并为表示其电感值的彩色条纹提供表面。

电源变压器

一组剪断电线的照片
电路板上黄色元件的照片。

这种变压器有多组绕组,用于电源,从一个交流输入(如墙壁插座)产生多个输出交流电压。

靠近中心的小导线是磁铁线的“高阻抗”匝。这些绕组的电压较高,但电流较低。它们被几层胶带、铜箔静电屏蔽和更多胶带保护着。

外层的“低阻抗”绕组采用较厚的绝缘电线和较少的匝数。它们能处理较低的电压但较高的电流。

所有的线圈都缠绕在一个黑色的塑料筒子上。两块铁氧体陶瓷粘在一起,形成变压器中心的磁芯。

本文刊登在2023年2月的印刷版上。

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