復(fù)合人工骨的案例
影響人工種植牙-骨界面應(yīng)力分布規(guī)律因素的多元逐步回歸分析
為了探討人工種植牙－骨界面應(yīng)力分布規(guī)律。方法：應(yīng)用三維有限元和多元逐步回歸分析方法，對(duì)影響骨界面應(yīng)力分布的一些因素，根據(jù)種植牙頸周骨內(nèi)應(yīng)力值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果：找出了影響種植牙周骨界面應(yīng)力分布的主要因素，建立了回歸方程，揭示了不同影響因素與頸部應(yīng)力分布規(guī)律間的數(shù)量關(guān)系。結(jié)論：影響種植牙周頸部骨內(nèi)應(yīng)力和大小的最主要因素是懸臂梁的存在、多個(gè)種植牙上部結(jié)構(gòu)桿的連接及受力角度的改變。單個(gè)種植牙種植時(shí)，影響頸周應(yīng)力集中是載荷角度的改變。
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展開 深圳先進(jìn)院研制出具有光熱促成骨作用的復(fù)合生物材料
在此項(xiàng)工作中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還深入探討了光熱促成骨的分子生物學(xué)機(jī)制，為骨科植入材料的功能設(shè)計(jì)提供了一條全新思路。
黑磷基復(fù)合生物材料：調(diào)控PLGA基材降解并且能夠在近紅外光照刺激通過光熱轉(zhuǎn)化作用實(shí)現(xiàn)微熱刺激成骨。
本項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、中科院青促會(huì)、深圳市孔雀團(tuán)隊(duì)、中科院STS區(qū)域重點(diǎn)等項(xiàng)目的資助。
全文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961218308305 來源：中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
展開 南方科技大學(xué)任富增課題組《AFM》：源于仿生的高度各向異性、超強(qiáng)且具有骨傳導(dǎo)性的礦化木材水凝膠復(fù)合材料，用于骨修復(fù)
然而，常規(guī)化學(xué)交聯(lián)制備的水凝膠通常具有各向同性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能不足，而且缺乏骨傳導(dǎo)性，這極大地限制了其在骨修復(fù)中的應(yīng)用。
最近，南方科技大學(xué)任富增課題組受天然骨和木材精巧、有序、定向的多尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)啟發(fā)，提出了一種“從木材到人工骨”的仿生設(shè)計(jì)策略，該策略將具有良好生物相容性的水凝膠真空浸漬到脫木質(zhì)素的木材模板中，再原位礦化羥基磷灰石（HAp）納米晶體，得到了一種高度各向異性、超強(qiáng)且具有骨傳導(dǎo)性的水凝膠復(fù)合材料，可用于骨缺損修復(fù)。該研究成果以Bioinspired Highly Anisotropic, Ultrastrong and Stiff, and Osteoconductive Mineralized Wood Hydrogel Composites for Bone Repair為論文題目發(fā)表在Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202010068）上。
圖1. 基于天然骨和木材制備各向異性水凝膠復(fù)合材料的設(shè)計(jì)策略。(a)骨骼組織各向異性的多層組裝結(jié)構(gòu)示意圖；（b）水凝膠復(fù)合材料的制備方法及微觀結(jié)構(gòu)示意圖。
研究者們通過對(duì)復(fù)合水凝膠的微觀形貌、物相及結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，脫木質(zhì)素處理保留了天然木材纖維的高取向度，并創(chuàng)造了供水凝膠滲透的多孔結(jié)構(gòu)。真空浸潤可將海藻酸鹽水凝膠均勻填充在纖維的間隙。原位礦化的羥基磷灰石納米晶體主要沉積在海藻酸鹽水凝膠上，并沿著纖維骨架取向排列，均勻分布于復(fù)合水凝膠基體中。
圖2.
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
文章來源：第五屆LS-DYNA中國技術(shù)論壇，作者：Haoyan Wei博士，ANSYS, Inc.研發(fā)工程師
視頻鏈接：LS-DYNA人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
技術(shù)校對(duì)：董驍， Ansys高級(jí)應(yīng)用工程師；整理編輯：俞琴
佐治亞理工《Part B》：人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)在高性能復(fù)合材料中的應(yīng)用
</strong></p><p><br></p><p><strong>一、引言</strong></p><p class="ql-align-justify">隨著人工智能（AI）技術(shù)的蓬勃發(fā)展，材料科學(xué)領(lǐng)域也迎來了范式轉(zhuǎn)變。AI/ML技術(shù)與材料科學(xué)的融合為理解材料背后的物理原理帶來了重大進(jìn)步。高性能纖維增強(qiáng)聚合物（FRP）復(fù)合材料因其優(yōu)異的性能，如<strong>高強(qiáng)度、輕質(zhì)和耐腐蝕性</strong>，在航空航天、汽車、海洋、可再生能源和基礎(chǔ)設(shè)施等行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。盡管高性能FRP復(fù)合材料具有出色的性能，但<strong>其復(fù)雜的制造過程和獨(dú)特的材料結(jié)構(gòu)使得理解材料動(dòng)態(tài)和特性變得極具挑戰(zhàn)</strong>。而AI/ML技術(shù)由于其強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，為解決這些問題提供了新的途徑。</p><p class="ql-align-justify">近日，國際知名期刊《Composites Part B》發(fā)表了一篇美國亞特蘭大佐治亞理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)完成的有關(guān)人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)在高性能復(fù)合材料中應(yīng)用的研究成果。<strong>該研究旨在提供對(duì)AI/ML技術(shù)在高性能FRP復(fù)合材料應(yīng)用現(xiàn)狀的全面概述，重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品生命周期中的四個(gè)關(guān)鍵階段，即設(shè)計(jì)、制造、測(cè)試和監(jiān)控，探討了將現(xiàn)代先進(jìn)AI/ML模型融入FRP復(fù)合材料研究的未來方向。</strong>論文標(biāo)題為“Applications of artificial intelligence/machine learning to high-performance composites”。
展開 LS-DYNA人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)及其在注塑成型復(fù)合材料領(lǐng)域的應(yīng)用
這項(xiàng)人工智能多尺度計(jì)算技術(shù)已經(jīng)在LS-DYNA R14中正式發(fā)布，本文將介紹該技術(shù)的基本原理及其在工程領(lǐng)域的應(yīng)用，主要包括：
短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在數(shù)值建模領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)；
如何使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的LS-DYNA仿真方法應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，以深度材料網(wǎng)絡(luò)DMN技術(shù)為基礎(chǔ)，通過汽車與電子行業(yè)的示例來演示這種新型LS-DYNA多尺度仿真方法的性能；
小結(jié)
背景介紹
近年來短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在汽車行業(yè)和電子行業(yè)得到了廣泛使用，由于這種材料可以提供卓越的材料屬性，如高強(qiáng)度重量比，使用注塑成型技術(shù)具有復(fù)雜幾何結(jié)構(gòu)的大尺寸復(fù)合材料部件，也能以較高生產(chǎn)率完成生產(chǎn)。然而注塑成型復(fù)合材料部件的材料屬性具有位置相關(guān)性。在每個(gè)位置上，復(fù)合材料的機(jī)械屬性是非線性且各向異性的，因此使用傳統(tǒng)的數(shù)值模型為短纖維增強(qiáng)復(fù)合材料部件建模極具挑戰(zhàn)性，這是由于傳統(tǒng)方法對(duì)于復(fù)合材料非線性分析的成本過高或不夠準(zhǔn)確。
此外，對(duì)于短纖維復(fù)合材料這類非線性且各向異性的材料，材料參數(shù)的校準(zhǔn)也始終是難題，針對(duì)具有某種特定纖維取向或纖維體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料所校準(zhǔn)的材料常數(shù)，可能不適用于具有不同纖維取向或不同體積分?jǐn)?shù)的復(fù)合材料。另一方面，多尺度模型能在較小尺度的物理規(guī)律和較大尺度的材料行為間建立關(guān)聯(lián)，以捕獲材料微觀結(jié)構(gòu)對(duì)宏觀大尺度復(fù)合材料部件的影響，因此多尺度方法針對(duì)復(fù)合材料建模具有極大優(yōu)勢(shì)。
展開 Nano Energy :法拉第效率高達(dá)96%的微生物/光電復(fù)合人工光合作用體系
圖5 微生物/光電復(fù)合人工光合作用系統(tǒng)還原CO2產(chǎn)CH4的性能測(cè)試
A) 生物陰極(紅色)和光陽極(藍(lán)色)開路條件下對(duì)光照有/無的電勢(shì)響應(yīng)；
B) 對(duì)光照有/無的電流響應(yīng)；
C) 在100 mW·cm-2模擬太陽光照射下復(fù)合體系的電流響應(yīng)；
D) 微生物/光電復(fù)合人工光合作用系統(tǒng)的CH4產(chǎn)生和法拉第效率。
【小結(jié)】
綜上所述，作者提出了一種新型微生物/光電復(fù)合人工光合作用系統(tǒng)，并將其用于高效和可持續(xù)的太陽能-甲烷直接轉(zhuǎn)化。該系統(tǒng)集成了具有直接電子特性的高效還原CO2產(chǎn)CH4的生物陰極和TiO2納米線陣列光陽極。由于生物陰極的過電勢(shì)較低，該系統(tǒng)以高達(dá)96%的法拉第效率(為目前國內(nèi)外報(bào)道最高法拉第效率)實(shí)現(xiàn)了CO2還原，并且可以在90 h內(nèi)保持性能無明顯降低。該復(fù)合系統(tǒng)將無機(jī)半導(dǎo)體與微生物催化劑相結(jié)合，可以收集、利用太陽光將CO2還原為CH4，為開發(fā)碳基燃料生產(chǎn)的可持續(xù)人工光合系統(tǒng)提供了新的平臺(tái)及思路。
展開 直播預(yù)告 | 基于材料數(shù)據(jù)庫和人工智能技術(shù)的復(fù)合材料許用值預(yù)測(cè)分析
精彩直播預(yù)告
計(jì)算機(jī)性能的提升促使人工智能（AI）/機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）方法蓬勃發(fā)展，AL/ML開始與各行各業(yè)進(jìn)行深度的融合，助力傳統(tǒng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)到數(shù)字驅(qū)動(dòng)的研發(fā)理念轉(zhuǎn)變，有效降低研發(fā)成本，提高研發(fā)效率，加快產(chǎn)品上市周期。
針對(duì)連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）測(cè)試樣本多、測(cè)試周期長、成本高昂的問題，海克斯康融合多尺度復(fù)合材料建模平臺(tái)Digimat和人工智能仿真平臺(tái)ODYSSEE，開發(fā)出一套基于人工智能的復(fù)合材料虛擬許用值預(yù)測(cè)方案，基于以下三個(gè)重要步驟，從而幫助客戶快速獲取復(fù)合材料許用值。
● 復(fù)合材料虛擬許用值計(jì)算幫助用戶減小測(cè)試規(guī)模；
● 材料數(shù)據(jù)庫平臺(tái)對(duì)復(fù)合材料許用值的結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)；
● 基于數(shù)據(jù)的人工智能方法與復(fù)合材料虛擬許用值計(jì)算結(jié)合，加速材料性能預(yù)測(cè)。
本期直播講堂請(qǐng)到了海克斯康工業(yè)軟件應(yīng)用專家常誠，在直播間中講師將重點(diǎn)介紹基于復(fù)合材料虛擬許用值計(jì)算工具Digimat-VA、材料數(shù)據(jù)管理平臺(tái)MaterialCenter，以及人工智能仿真平臺(tái)ODYSSEE，實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料許用值快速預(yù)測(cè)的整體解決方案和案例應(yīng)用。敬請(qǐng)關(guān)注！
直播報(bào)名
8月20日 14:00
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直播內(nèi)容聚焦
? 復(fù)合材料虛擬許用值計(jì)算
? 材料數(shù)據(jù)庫管理平臺(tái)
? 人工智能方法加速復(fù)合材料仿真分析
? 基于材料數(shù)據(jù)庫和人工智能技術(shù)的復(fù)合材料許用值預(yù)測(cè)解決方案
常誠
?？怂箍倒I(yè)軟件應(yīng)用專家
工程力學(xué)博士，在CAD/CAE行業(yè)擁有8年工作經(jīng)驗(yàn)，在汽車零部件設(shè)計(jì)與仿真、航天航空、能源建筑等領(lǐng)域有豐富經(jīng)驗(yàn)。
展開 ：基于機(jī)械訓(xùn)練和木質(zhì)素協(xié)同配位增強(qiáng)的人工肌肉功能彈性體復(fù)合材料
受之啟發(fā)的人工肌肉功能材料在醫(yī)療器械、機(jī)器人、智能驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。但是，要把人體骨骼肌的這些優(yōu)異特征全部集成到單一合成材料上是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。
圖1 人體骨骼肌基本特征
近日，華南理工大學(xué)劉偉峰和廣東工業(yè)大學(xué)邱學(xué)青教授團(tuán)隊(duì)使用極其常見的三元乙丙橡膠（EPDM）和極其普通的工業(yè)木質(zhì)素（一般人都不會(huì)注意它）為原料，利用木質(zhì)素協(xié)同配位增強(qiáng)的功能，結(jié)合機(jī)械訓(xùn)練方法，首次構(gòu)建出同時(shí)具備機(jī)械訓(xùn)練自增強(qiáng)、應(yīng)變硬化和智能驅(qū)動(dòng)等綜合特征的人工肌肉功能材料。
圖2 人工肌肉制備和變形機(jī)理示意圖
首先向EPDM基體內(nèi)添加具有配位能力的木質(zhì)素作為綠色增強(qiáng)劑，同時(shí)在木質(zhì)素與EPDM相界面引入鋅離子配位鍵，再通過反復(fù)的機(jī)械訓(xùn)練，促使配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)重排，構(gòu)建出具有局部鏈段穩(wěn)定取向的EPDM復(fù)合材料。重構(gòu)的配位交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)不但能集中斷裂耗散能量，而且能更有效促進(jìn)鏈段取向結(jié)晶，使材料呈現(xiàn)機(jī)械訓(xùn)練自增強(qiáng)和應(yīng)變硬化的特點(diǎn)。并且，EPDM特殊的鏈段微結(jié)構(gòu)使復(fù)合材料能在外界熱/電刺激下往復(fù)對(duì)外做功，執(zhí)行應(yīng)變可超過40%，執(zhí)行應(yīng)力高達(dá)1.5 MPa（人體骨骼肌的執(zhí)行應(yīng)變40%，執(zhí)行應(yīng)力0.35 MPa），能提起自身重量10000倍的重物，具有出色的對(duì)外做功能力。
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