建筑物和桥梁的即时健康检查

传感器可以检测到肉眼可能看不见的损坏

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在2011年致命的地震、洪水和龙卷风袭击期间,无数建筑物不得不疏散,以便工人们检查以确保其结构稳定。这些事件提醒人们,大多数结构的检查仍然采用一种非常低科技的方法:肉眼观察。为了加快这一过程并使其更准确,研究人员正在研究电子皮肤、进化算法和其他可以实时监测桥梁、建筑物、水坝和其他结构完整性的系统。

为了自动检测微小的故障并中继其精确位置,麻省理工学院的土木工程师西蒙·拉弗拉姆和他的同事正在设计一种“传感皮肤”——柔性贴片,可以粘贴到裂缝容易发生的区域并持续监测它们。裂缝的形成会导致贴片下方的混凝土产生微小的移动,从而引起存储在传感皮肤中的电荷变化,传感皮肤由可拉伸塑料与氧化钛混合制成。拉弗拉姆和他的同事在《材料化学杂志》上详细介绍了一个系统,该系统每天会通过连接到一组贴片的计算机发送电流来测量每个贴片的电荷。

另一位工程师正在将类似的概念应用于桥梁。为了监测悬索桥电缆内部的劣化,哥伦比亚大学的雷蒙多·贝蒂和他的合作者正在纽约市曼哈顿大桥的电缆中测试40个传感器。这些传感器跟踪温度、湿度和腐蚀速率。


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虽然这些传感器可以检测到安装后发生的损坏,但结构事先存在的损坏呢?康奈尔大学的机器人专家霍德·利普森和他的同事开发了一个计算机模型,该模型模拟一个完整的结构并运行算法,进化该模型直到它与传感器提供的数据相匹配,这可以揭示更广泛的损坏范围。

阻碍广泛应用的一个担忧可能是“目前还没有足够的研究和数据来在经济上支持持续和及时的维护”,拉弗拉姆说。另一个担忧可能是系统尚未研究的长期性能,尤其是在恶劣环境中——这是未来研究的事项。

查尔斯·Q·崔《大众科学》的撰稿人。他的作品也曾发表在《纽约时报》、 《科学》、《自然》、《连线》《生命科学》等刊物上。在他的业余时间,他去过所有七大洲。

更多作者:查尔斯·Q·崔
大众科学杂志 第 305 卷 第 4 期本文最初以“建筑物和桥梁的即时健康检查”为标题发表于《大众科学杂志》 第 305 卷 第 4 期 ()
doi:10.1038/scientificamerican102011-PSsbNYDwRcGv3qqYb0Ep9
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