當(dāng)風(fēng)雨敲打著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片時(shí)，不列顛哥倫比亞大學(xué)奧卡納干分校（UBC Okanagan）的研究人員在數(shù)百公里外仔細(xì)觀察屏幕，分析葉片的涂層能否承受住風(fēng)雨的侵襲。

雖然這只是在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行的測(cè)試，但研究人員正在努力改進(jìn)渦輪機(jī)、直升機(jī)螺旋槳甚至橋梁等結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)方式，以防止天氣造成的損壞。

UBC奧卡納干分校博士生Vishal Balasubramanian解釋說(shuō)，從航空到海洋運(yùn)輸，從可再生能源發(fā)電到建筑，不斷變化的氣候使得各行各業(yè)對(duì)更好的“侵蝕—腐蝕”監(jiān)測(cè)的需求與日俱增。

在許多行業(yè)中，耐磨涂層用于保護(hù)結(jié)構(gòu)免受侵蝕磨損。然而，這些涂層的使用壽命有限，會(huì)隨著時(shí)間的推移而磨損。因此，需要定期檢查這些涂層結(jié)構(gòu)是否有磨損和破損，然后通過(guò)重新涂覆受損區(qū)域來(lái)修復(fù)。

Balasubramanian是UBC奧卡納干微電子和千兆赫應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室（OMEGA）的研究人員之一，目前正在開(kāi)發(fā)可直接嵌入涂層的傳感器。這可以避免人為因素造成的誤差，并大大縮短檢測(cè)時(shí)間。通過(guò)將人工智能（AI）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)集成到這些嵌入式傳感器中，研究人員可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)械保護(hù)涂層的磨損情況，從而防止災(zāi)難性故障的發(fā)生。

作為最近發(fā)表在《自然·通訊 》（Nature Communications）上的這項(xiàng)研究的主要作者，Balasubramanian解釋說(shuō)：“通過(guò)將人工智能技術(shù)應(yīng)用到我們的微波諧振器傳感器中，我們不僅能夠檢測(cè)到表面涂層的侵蝕，還能分辨出多層涂層中的單個(gè)涂層何時(shí)受到侵蝕。”

一些研究表明，美國(guó)每年因金屬腐蝕造成的損失接近3000億美元，超過(guò)該國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值的3%。但這不僅僅是錢(qián)的問(wèn)題。

Balasubramanian解釋說(shuō)，侵蝕會(huì)對(duì)橋梁、飛機(jī)、汽車(chē)和海軍基礎(chǔ)設(shè)施的外表面造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。歷史上有一長(zhǎng)串結(jié)構(gòu)性故障災(zāi)難，侵蝕被認(rèn)為是導(dǎo)致數(shù)千人喪生的結(jié)構(gòu)性故障的主要原因，其中包括2018年意大利熱那亞大橋垮塌、1984年印度博帕爾天然氣悲劇和2000年得克薩斯州卡爾斯巴德天然氣管道大火。

“能夠主動(dòng)監(jiān)測(cè)和解決設(shè)備老化問(wèn)題——尤其是在惡劣的環(huán)境中——無(wú)疑可以保護(hù)重要的基礎(chǔ)設(shè)施，減少對(duì)人類生命的影響，”UBC奧卡納干工程學(xué)院副教授、OMEGA實(shí)驗(yàn)室首席研究員穆罕默德·扎里菲（Mohammad Zarifi）博士說(shuō)，“幾年來(lái)，我們一直在開(kāi)發(fā)基于微波的結(jié)冰探測(cè)傳感器，而人工智能和AR等新技術(shù)的加入可以成倍提高這些傳感器的效能。”

新開(kāi)發(fā)的傳感器可以檢測(cè)和定位多層涂層中的侵蝕層，還可以檢測(cè)保護(hù)涂層的總磨損深度。收集到這些信息后，工程師和使用者可以詳細(xì)了解潛在的損害和故障危險(xiǎn)。

在實(shí)驗(yàn)室中，差分網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口系統(tǒng)在不同的溫度（酷熱和嚴(yán)寒）、不同的濕度和紫外線照射水平下進(jìn)行了測(cè)試，以模擬幾種惡劣的環(huán)境。在四種不同類型的實(shí)驗(yàn)裝置中，使用不同類型的涂層對(duì)所開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，并對(duì)其響應(yīng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，這些實(shí)驗(yàn)裝置都能實(shí)現(xiàn)所需的環(huán)境參數(shù)變化。

Balasubramanian說(shuō)：“我們?cè)谝恍┳類毫拥沫h(huán)境下測(cè)試了傳感器，包括各種溫度、濕度和紫外線照射。我們不斷挑戰(zhàn)這些傳感器所能承受的極限，以便走在世界各地發(fā)生的災(zāi)害的前面。”

這項(xiàng)研究得到了加拿大國(guó)防部、加拿大自然科學(xué)和工程研究理事會(huì)以及加拿大創(chuàng)新基金會(huì)的資助。