1896年,宾夕法尼亚州立学院成立于七所不同的学校,其中一个是工程学院。如今,宾州国家工程在许多地区和许多学科中进行尖端研究。

研究领域

声学- 声学是一种触摸许多各种学科的主题,如建筑声学,生物医学超声波,噪声和振动控制,传感器设计,水下声学,信号处理,气动理学,结构振动,语音和通信,室外传播,计算方法等等。

航空航天工程- 成立于1961年,该部门侧重于航空声,空气呼吸推进,瓦斯科,自主飞行,流体动力学,结构和纳米材料,旋翼飞机,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- 该部门是宾州国家推进生物和农业系统的工程,业务和技术管理的家园。

建筑工程- 成立于1910年,建筑工程计划强调规划,设计和建造建筑的科学和工程方面。研究侧重于室内环境质量,人力健康,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。

压电能量收割机将机械振动转变为电能。(图片:Elizabeth Flores-Gomez Murray / Penn State)

生物医学工程-研究领域包括医疗设备设计、仪器仪表、医学成像、医疗保健管理、生物材料和药物输送、生物力学和再生医学。

化学工程- 研究人员努力扩大全球人口的食品,能源和清洁水供应;为更实惠,可持续和环境有益的化学产品开发新材料和途径;使得能够使用可再生,可持续的运输能量;并保护和改善环境。

民间与环境工程-重点领域包括地表水、地下水、废水、土壤和空气的处理;湿地和流域的管理;固体废物和危险废物的处理和处置;可再生能源生产;绿色产品的设计。

电气工程与计算机科学学院-学校创建于2015年,致力于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,技术和专业计划学院- 学校通过与设计理论,商业,心理学和艺术集成工程来解决现实工程问题。

工程科学与力学-研究领域涉及先进材料、生物力学、动力系统、制造工艺、多物理建模与分析、纳米工程、光子学、光电子等科学技术领域。

为大规模市场电动汽车开发了一种热调制电池,可利用无与伦比的安全性,低成本,不含钴的范围焦虑。(图片:Chao-Yang Wang Lab,Penn State)

工业及制造工程- 该部门侧重于人体因素和人体工程学,人机互动,人机系统和以人为本的设计。

机械工业- 在热/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中进行了研究。

技术

宾夕法尼亚工程研究人员旨在开发能够在深静脉中定位和成像血栓的技术;但是,他们的工作可能不仅可以识别血栓,而且还对待它们。为了更好地识别凝块的位置,构图和大小 - 这通知如何对待它们 - 团队使用称为纳米肽(NPEP)的粒子方法。颗粒包含围绕氟基油的液体的壳,类似于液体Teflon。壳体的表面保持在活性血小板表面上发现和结合蛋白质的分子 - 凝块的关键细胞组分。

一个团队开发了可穿戴的、灵活的天线作为发射器。与可穿戴传感器一样,可穿戴传感器需要在人体皮肤上安全使用,能在室温下工作,能够承受扭转、压缩和拉伸。该发射器可以在近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。

美国军队在宾夕法尼亚州工程中投资作品,为高强度钢和合金开发添加剂制造(3D印刷)技术。高强度和高硬度钢非常适合,目前用于许多防御相关应用,如个人盔甲,装甲车,爆炸和弹道保护的专业设施,以及海运船体。然而,该材料难以传统制造。基于激光的定向能量沉积(L-DED)添加剂制造工艺,其通过层构建成分层并与激光器一起熔化它们,可以允许工程师设计更复杂的碎片。

一种新型的可穿戴健康设备将为那些有眼或口疾病的人提供实时医疗数据。这种可穿戴设备可以收集生物液体的大小物质,如眼泪和唾液,这些物质可以在特定条件下快速、连续地进行分析,而不是在实验室等待样品的测试结果。传感器将被放置在泪腺或口腔附近,收集样本,然后生成用户智能手机上可见的数据,或发送给他们的医生。这种新设备还通过微针通过眼睛、嘴巴或舌头周围的皮肤来给药。

范围焦虑 - 在能够为电动车充电之前担心耗尽的力量 - 可能是过去的事情。Penn Engineering研究人员正在寻找磷酸铁锂电池,该电池的锂电池在10分钟内有250英里的能力。电池寿命应该有200万英里。长寿命和快速充电的关键是电池电量快速加热到140°F的充电和放电,然后在电池不工作时冷却。

宾州国家研究人员有助于开发一种用作电子皮肤的双模传感器,以测量人类运动的动态性质。(图片:程实验室/叶秋)

在医疗过程中和之后监测病人状况的传感器可能昂贵、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,可以植入人体,在不再需要它之后,可以安全地生物降解为被人体吸收的材料。目前用于体外监测气体浓度的设备体积庞大,可能不如可植入设备精确。然而,可植入的设备需要移除,这可能意味着另一次手术。这种新型传感器由溶解速度足够慢的材料制成,可以让传感器在病人康复期间在体内发挥作用。

开发了电子皮肤传感器,以模仿人类运动的动态过程。这项工作可以帮助严重受伤的人,如士兵,重新获得控制他们的运动的能力,并有助于智能机器人的发展。双模传感器测量运动的幅度和负荷,例如摆动网球拍的努力,以及速率,持续时间和方向。

一个新的机制收获杂散磁场,并将能量转换为足够的电力,为智能建筑和工厂提供下一代传感器网络。(图片:Kai Wang)

包含数百万昆虫的蝗虫的瘟疫飞过天空,但各个昆虫在这些大规模的群体中没有彼此碰撞。Penn工程师创造了一个低功耗碰撞探测器,模仿蝗虫避免响应,可以帮助机器人,无人机,甚至自驾驶避免碰撞。蝗虫每小时两到三英里移动,使数百毫秒的定向变化。这种快速反应和适度的能量使用对于机械化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响应。

一种安全的锂离子电池具有高功率,并且可以通过宾夕法尼亚州工程开发了100万英里。(图片:Jennifer McCann / Penn State)

反复的活动磨损了软机器人驱动器,但这些机器的运动部件需要可靠和容易固定。研究人员开发了一种生物合成聚合物,以鱿鱼环齿为图案,具有自愈性和可生物降解性,这种材料不仅适用于驱动器,也适用于防护服和其他微小孔洞可能造成危险的应用。高强度合成蛋白质模仿自然界中发现的那些蛋白质,就像它们所模仿的生物一样,这些蛋白质可以自愈微小的和可见的损伤。这种自愈合聚合物可以用水和热进行愈合,但也可以使用光进行愈合。

技术转让

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本文首先出现在9月,2021年问题yabovip16.com杂志。

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