1896年,宾夕法尼亚州立学院由七个不同的学院组成,其中之一是工程学院。今天,宾夕法尼亚州立大学工程学院在许多领域和许多学科进行尖端研究。

研究领域

声学-声学是一门涉及许多不同学科的学科,如建筑声学、生物医学超声、噪声和振动控制、换能器设计、水声、信号处理、航空声学、结构振动、语音和通信、室外传播、计算方法等。

航空航天工程-该系成立于1961年,重点研究空气声学、吸气推进、天体动力学、自主飞行、流体动力学、结构和纳米材料、旋翼飞行器、空间推进、车辆动力学和系统工程,以及风能。

农业与生物工程-这个系是宾夕法尼亚州立大学推进生物和农业系统工程、商业和技术管理的基地。

建筑工程-建筑工程专业成立于1910年,强调科学和工程方面的规划、设计和建筑。研究重点是室内环境质量、人类健康、高性能建筑材料、结构系统、建筑能源解决方案、建模和仿真、自动化和机器人技术。

压电式能量采集器将机械振动转化为电能。(图片:Elizabeth Flores-Gomez Murray/宾夕法尼亚州立大学)

生物医学工程- 研究领域包括医疗器械设计,仪器,医学成像,医疗管理,生物材料和药物递送,生物力学和再生医学。

化学工程-研究人员努力为全球人口扩大粮食、能源和清洁水的供应;开发更廉价、可持续和对环境更有利的化学产品新材料和新途径;利用可再生的、可持续的交通能源;保护和改善环境。

土木及环境工程- 焦点区域包括处理地表水,地下水,废水,土壤和空气;湿地和流域管理;固体和危险废物的处理和处理;生产可再生能源;和设计绿色产品。

电气工程学院和计算机科学学院- 学校是在2015年创建的,旨在开发电子和光学材料,设备和传感器,电力系统,空间系统,计算机视觉,机器学习和数据科学技术。

工程设计、技术和专业学院-工学结合设计理论、商学、心理学、艺术,解决实际工程问题。

工程科学与力学- 研究涵盖了科学和技术领域,如先进材料,生物力学,动态系统,制造工艺,多体型建模和分析,纳米工程,光子学和光电子。

一款热调制电池是为大众市场的电动汽车开发的,它以无与伦比的安全性、低成本和无钴消除了里程焦虑。(图片来源:宾夕法尼亚州立大学王朝阳实验室)

工业和制造工程-本系专注于人因与工效学、人机交互、人机系统及以人为本的设计。

机械工程-研究领域包括热/流体科学、生物力学、设计和制造、能源系统、传感器和控制、运输系统和计算力学。

技术

宾夕法尼亚大学工程学院的研究人员着手开发能够定位和成像深静脉血栓的技术;然而,他们的工作不仅可以识别血凝块,还可以治疗它们。为了更好地确定凝块的位置、组成和大小——这将告知如何治疗它们——研究小组使用了一种叫做纳米肽体(NPeps)的颗粒方法。这些颗粒组成了一个壳,围绕着一滴类似于液体特氟隆的含氟油。外壳的表面含有一种分子,这种分子可以找到并结合活化血小板表面的一种蛋白质——血小板是凝块的关键细胞成分。

一支球队开发了可穿戴的柔性天线,可用作变送器。像可穿戴传感器一样,可穿戴发射器需要安全地在人体皮肤上使用,在室温下功能,并且能够承受扭曲,压缩和拉伸。发射器可以在近300英尺的范围内发送无线数据,可以轻松集成多个计算机芯片或传感器。

美国陆军资助宾夕法尼亚工程公司开发高强度钢和合金的增材制造(3D打印)技术。高强度和高硬度钢非常适合和目前在许多国防相关应用,如个人装甲,装甲车辆,爆炸和弹道防护的专门设施,以及海军舰艇船体。然而,这种材料传统上很难制造。基于激光的定向能量沉积(L-DED)增材制造工艺,一层一层地构建组件,并将它们与激光融合在一起,可以让工程师设计更复杂的部件。

一种新的可穿戴健康设备将为眼部或口腔疾病提供实时医疗数据。可穿戴装置收集生物流体的小型和大物质,例如泪水和唾液,可以在快速,连续的基础上进行某些条件,而不是等待实验室中样品的测试结果。传感器将放置在撕开管道或嘴附近,以收集样品,然后将在用户的智能手机上提供可在用户的数据或发送给他们的医生。这种新设备还通过眼睛,嘴巴或舌头的皮肤使用微针给药。

里程焦虑——担心电动汽车在充电前就没电了——可能已经成为过去。宾夕法尼亚大学工程学院的研究人员正在研究磷酸铁锂电池,这种电池续航里程为250英里,充电时间为10分钟。电池的寿命应该是200万英里。长寿命和快速充电的关键是电池能够快速加热到140°F充放电,然后在电池不工作时冷却下来。

宾夕法尼亚州立大学的研究人员帮助开发了一种双模传感器,它具有电子皮肤的功能,可以测量人体运动的动态特性。(图片来源:程实验室/叶秋)

在医疗程序期间和之后监测患者病情的传感器可能是昂贵的,不舒服,甚至危险。研究人员设计了一种高度敏感的柔性气体传感器,可以植入体内,并且在不再需要,安全地生物降解成体内吸收的材料。在身体外部用于监测气体水平的电流装置是笨重的,并且可能与可植入装置不那么准确。然而,需要拆除可植入设备,这可能意味着另一个操作。新传感器由材料制成,这些材料以足够的速度溶解,这将使传感器能够在患者的恢复期间在身体中起作用。

电子皮肤传感器被开发出来,用以模拟人体运动的动态过程。这项工作可以帮助严重受伤的人,如士兵,重新获得控制自己行动的能力,并有助于智能机器人的发展。双模传感器可以测量运动的幅度和负荷,比如挥动网球拍的力度,以及速率、持续时间和方向。

一种新的机制收集杂散磁场,并将其转化为足够的电力,为智能建筑和工厂的下一代传感器网络提供动力。(图片:凯王)

蝗虫的瘟疫包含了数百万的昆虫在天空中飞行,但在这些巨大的群体中,单个昆虫并不相互碰撞。宾夕法尼亚大学的工程师们发明了一种低功率的碰撞探测器,它模仿了蝗虫的躲避反应,可以帮助机器人、无人机甚至自动驾驶汽车避免碰撞。蝗虫以每小时2到3英里的速度移动,并在几百毫秒内改变方向。这种快速的反应和适度的能量消耗对机械碰撞探测器是有吸引力的。研究人员的碰撞探测器在两秒钟内做出反应。

宾夕法尼亚工程公司开发了一种安全、功率高、可续航100万英里的锂离子电池。(图片来源:詹妮弗·麦肯/宾夕法尼亚州立大学)

重复的活动磨损软机器人执行器,但这些机器的移动部件需要可靠且易于固定。研究人员开发了一种生物合成聚合物,在鱿鱼齿齿后图案化,即自我愈合和可生物降解,创造了一种不仅适用于执行器的材料,而且为危险套装和其他微小孔可能导致危险的应用程序。高强度合成蛋白质模仿本质上的那些,如它们所示的生物,蛋白质可以自我愈合两分钟和可见的损伤。自愈性聚合物在水和热量的施用中愈合,尽管它也可以使用光愈合。

技术转让

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本文首次发表于2021年9月号金宝搏官网杂志。

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