日本庆应义塾大学理工学部系统工学科柿沼康弘准教授,凭借在精密工学领域的跨学科融合研究,正引领着制造技术的革新。他的研究不仅涵盖了微细加工与机械要素开发,更将材料学、控制工程乃至纳米光子学融为一体,旨在创造出具备“人类能力”的下一代智能加工机床。这种打破传统学科壁垒的研究模式,正在日本乃至全球精密制造领域引发广泛关注。
柿沼教授的研究核心之一是利用“电粘着凝胶”实现物体的非接触式固定。这种材料基于上世纪40年代发现的“电粘性流体”(ER流体)原理,即通过施加电压改变物质的粘弹性。然而,传统ER流体存在粒子沉降、难以处理等缺陷。柿沼团队在尝试将其转化为凝胶状时,因一次意外的配比失误,意外研发出一种在通电后表面会产生粘附力的新型橡胶状凝胶。这种材料如同“通电后胶带表面反转”,利用电场使内部微粒聚集并推挤凝胶表面产生粘附力。目前,该技术已应用于半导体硅片的加工固定、振动阻尼器以及精密机械的离合器等场景,通过层叠结构还可进一步提升粘着力并实现小型化。
另一项突破性成果是“无传感器智能加工机”的开发。传统机床依赖昂贵的力传感器来监测加工负载,但这增加了维护成本和故障率。柿沼团队引入了“外乱观测器”理论,通过监测伺服电机的输入电流与输出转速或位置,利用运动方程实时推算出施加在机床上的动态负载。这种无需物理传感器的技术,不仅能显著降低设备成本,还能有效抑制加工过程中难以预测的“自激振动”(颤振),从而减少废品率并延长机床寿命。该技术在工业界备受瞩目,预计数年内将实现实用化。
此外,研究团队还深入探索了硬脆材料与弹性高分子材料的纳米级加工技术。针对玻璃等易碎材料,团队利用超声波振动或纳米级切削工艺,实现了透明无损的精密加工。同时,通过与电子工程学科的协作,他们正在开发微小光共振器,旨在通过光信号处理替代传统的电信号处理,大幅降低能量损耗,有望解决电子设备电池续航短的痛点。这一系列研究标志着制造技术已从单纯的机械控制,跨越至光控与纳米光子学的前沿领域。
柿沼教授的个人经历也折射出日本科研环境的包容性。他早年曾立志学医,虽未如愿考入国立医学院,却因此进入庆应义塾大学理工学部,并在青山藤词郎教授的指导下,从最初的迷茫转向对科研的狂热。他坚持“研究也要认真玩”的理念,带领团队在学术上取得突破的同时,也注重团队氛围的构建。这种跨学科的自由探索精神,正是日本顶尖高校孕育颠覆性技术的重要土壤。
