两名女性戴着VR头戴,站在一个大触摸屏前

Dr. 卡罗里德尔, 材料科学与工程系博士后研究助理, 和Mari-的rese伯顿, 材料科学与工程学院院长NHI学者及研究生研究助理, 在里海的NHI实验室演示微软HoloLens 2混合现实耳机的使用. 

里海和美国.S. 美国陆军研究实验室宣布签订2500万美元合作协议,开发下一代金属合金

研究ers from Lehigh and Ohio State will leverage the existing Presidential Nano/Human Interfaces (NHI) Initiative for an innovative collaboration on the development of two novel metallic alloys.

故事,

凯利Hochbein

摄影的

Christa Neu

CQ9游戏大学, 与俄亥俄州立大学(Ohio State)合作, 已经和美国签订了合作协议.S. 陆军研究实验室(陆军研究实验室)开发用于高强度应用的新型结构材料. 协议,2月生效. 《CQ9游戏》在五年内提供高达2500万美元的资金.  

国会已经批准了第一批300万美元的拨款. 

戴着VR头盔的女子站在两个大触摸屏前

玛丽·特蕾莎·伯顿用的是 微软HoloLens 2混合现实耳机.

团队的建议, 轻量化高熵金属合金发现(LHEAD),” includes three basic science projects that seek to address the critical need for longer-lasting and more resilient alternative structural materials for use in advanced material systems such as hypersonic missiles. 的 first two projects aim to develop new generations of superalloys—high-strength materials that can function at extreme temperatures—and leverage recent advancements in solid-state materials processing to develop next-generation high-entropy metallic alloys for improved performance. 此外还有合金设计, 该团队还将探索粉末材料加工, 相位变换路径, 原子水平表征, 原位高通量力学测试, 和加法制造. 第三个项目植根于CQ9游戏 纳米/人类界面(NHI)总统工程研究计划, 将通过为参与研究人员提供独特的资源来改善他们的交流来支持前两个项目, 解决问题, 以及研究仪器的协作使用.  

“CQ9游戏很高兴能在这项重要工作上与陆军研究实验室合作,”他说 马丁的伤害, 美国铝业基金会材料科学与工程教授, 国家卫生健康倡议主任和LHEAD项目的首席研究员. “This Cooperative Agreement has been cultivated through an enduring and immensely valuable relationship between Lehigh and 陆军研究实验室 that has grown stronger and more successful over time. 的 LHEAD project has the potential to lead to tremendous advancements in both materials development and in how scientists conduct research together.”  

这项合作协议是里海与陆军研究实验室多次合作的最新成果, 有哪些重大发现, 在知名刊物发表的论文, 获奖海报提交, 以及为里海大学的学生安排享有声望的奖学金. LHEAD项目也是里海与俄亥俄州立大学紧密合作的延续.

的se projects launch an 令人兴奋的 research partnership between our Center for the Accelerated Maturation of Materials (CAMM) and Lehigh's Presidential Nano/Human Interfaces (NHI) Initiative,” s俄亥俄州立大学工程学院院长艾安娜·霍华德说. “This partnership will synergistically combine Ohio State’s expertise in high-strength alloys with Lehigh’s expertise in grain boundaries and cognitive research to develop a futuristic platform that will accelerate the innovation of high-performance materials.” 

LHEAD项目的部分灵感来自于之前的一个项目, 材料的抗热行为:逆转自然趋势,里海大学和卡内基梅隆大学的合作 由W.M. 凯克基金会 由哈默领导. 的 W. M. 凯克基金会 由威廉·迈伦·凯克于1954年在洛杉矶创立,他是Superior石油公司的创始人. 美国最大的慈善组织之一W. M. 凯克基金会支持杰出的科学、工程和医学研究. 的 Foundation also supports undergraduate 教育 and maintains a program within Southern California to support arts and culture, 教育, 保健和社区服务项目.

开发新的超合金

高温合金非常坚固, 能承受高温, 并且耐蠕变(由于机械应力引起的变形)和腐蚀, 这使它们成为高超声速应用的理想选择. 然而, 现有的高温合金有局限性,可以抑制其使用的设备的性能. 通过LHEAD项目, researchers from Lehigh and Ohio State plan to design and produce two specific types of next-generation alloys to be used at temperatures greater than 1100 degrees Celsius: BCC/B2 refractory high-entropy alloys that exhibit an optimum combination of high strength, 延性, and creep resistance at high temperatures; and complex Rh-free Ni-based alloys containing nanoclusters that mitigate creep at high temperatures. 

在这幅图, 高熵合金(HEA)的原子分辨率图像, 由几个耐火元素组成的, 用里海自己的扫描透射电子显微镜(STEM)收集的图像就可以看到. 明亮的“点”, 表示单个原子列的, 可以在一个有组织的阵列中看到对应于一个特定的晶体取向. 在这一块, 各种原子柱的颜色被巧妙地操纵,创造了CQ9游戏L和鹰吉祥物.

高熵合金(HEA)的原子分辨率图像, 由几个耐火元素组成的, 利用CQ9游戏自己的扫描透射电子显微镜(STEM). 明亮的“点”, 表示单个原子列的, 可以在一个有组织的阵列中看到对应于一个特定的晶体取向, 以及各种原子柱的颜色被巧妙地操纵,以创造一个里海的标志. 图片由Joshua Smeltzer拍摄

“(高温合金)在某种程度上是在它们可以运行的温度上限,研究科学家说 克里斯奇迹 ’12 ’16 Ph.D.他是国家卫生健康研究所的副主任和LHEAD项目的联合首席研究员. “为了制造在高温下性能更好、效率更高的高超声速, CQ9游戏需要新材料. LHEAD项目的每个方面都试图找到替代材料,使整体性能更好.” 

的 alloys the team develops “hopefully will give the Army a new class of materials to draw upon so that they can develop better engines and hypersonics,说伤害.  

两个独立的项目-“抗蠕变复合镍合金”,,由Marvel在里海领导, 以及“抗蠕变耐火HEAs”,由哈米什·弗雷泽(Hamish Fraser)领导, 他是俄亥俄州立大学材料科学与工程学院的教授, 基于他们在NHI计划中现有的合作伙伴关系,开发两种不同类型的合金. Marvel将这些项目称为“实现同一目标的替代方法”,“依靠里海和俄亥俄州立大学共享的和个人的专业知识, 每个大学都有研究仪器. 

“CQ9游戏试图解决的问题非常复杂. CQ9游戏不知道最好的答案是什么。. “So we're putting together Lehigh and Ohio State to hedge our bets and try to find a bunch of good materials that could potentially solve that problem.”

除了漫威和弗雷泽, 参与这些项目的里海pi包括哈默和海伦·陈, the New Jersey Zinc Professor of Materials Science and Engineering; and Ohio State's Yunzhi Wang, 材料科学与工程教授; Maryam Ghazisaeidi, 材料科学与工程副教授 and physics; and Steven Niezgoda, 材料科学与工程副教授. 

身临其境的尖端技术 & 合作研究的经验  

第三个项目, “通过增强现实技术实现高吞吐量协作,” supports the first two projects by providing unique resources that allow researchers and students to more efficiently communicate and problem solve; share and collaboratively analyze data; and receive effective training on research instrumentation, 现场和远程. 的 team will leverage the existing collaboration between Lehigh and Ohio State on the 纳米/人类界面(NHI)总统工程研究计划, a multidisciplinary research effort launched in 2017 that integrates the social sciences and engineering to allow researchers to solve problems more quickly by improving how they interact with scientific tools and how they collect, 解释, 分析和共享数据.

“NHI团队正在创造一种新的, 令人兴奋的, 以及与科学发现仪器互动的高度可视化的方式,斯蒂芬·P说。. DeWeerth, P.C. 罗辛工程与应用科学学院. “他们正在整合材料科学, 数据科学, 社会科学从物质世界中提取更深层的意义, 他们正在开发的工具将使理解和解决研究挑战的新方法成为可能. 里海长期成功合作的延续, 陆军研究实验室, 俄亥俄州立大学将扩大该团队的成功:这是一群真正鼓舞人心的研究人员所做出的鼓舞人心的努力.”

LHEAD项目需要这两个机构的专门知识和研究工具, and so the team will establish remote two-way electron microscopy connections as well as remote mechanical testing and simulation capabilities that allow researchers to interact as they would if they were collecting and analyzing data in the same location. CQ9游戏的新, 最先进的NHI实验室在大学最近开办的健康, 科技(HST)大楼将作为这些沉浸式远程协作的主要控制中心. 

两名女性坐在桌旁远程控制着一台显微镜,而一名男性则站在一个大触摸屏旁边.

Dr. Masashi渡边, 材料科学与工程教授, 用电子显微镜的图像投影检查触摸屏,而玛丽·特蕾莎·伯顿和博士. 卡罗·里德尔演示如何远程控制显微镜.

“为了让里海和俄亥俄州立大学这样的大学校合作, 需要有更好的通信和共享数据的方法, 一起解决这些问题. NHI使CQ9游戏能够沟通,并开发新技术,帮助CQ9游戏更有效地沟通,”奇迹.

哈默补充说:“当CQ9游戏启动全民健康保险计划时, (CQ9游戏的目标是)创造一些新的、令人兴奋的东西, 创造一种与科学仪器互动的现代方式的新想法.”

NHI实验室包括一个具有6个98英寸触摸屏的可视化实验室, 虚拟和增强现实界面, and controls that allow secure remote access to electron microscopes located at Lehigh and in Ohio State’s Center for Electron Microscopy. 俄亥俄州立大学的实验室也将有类似的控制,以允许那里的研究人员使用里海的显微镜. This approach addresses two problems: the physical distance between researchers and the number of individuals who can access a piece of equipment at once—which, 在电子显微镜下, 目前在一个非常小的空间里只允许一到两个人. 该团队计划将这项技术扩展到每一所大学的其他类型的仪器, 如用于机械测试的设备, 3 d打印技术, 和模拟, 用增强现实来丰富这些远程体验. 

这个项目, 该团队在其提案中写道, 将提供“方便地使用20多个独立的电子显微镜, 以及其他实验工具的数据收集,“产生”一个无与伦比的协作基础设施.”

新设施还包括一个“实验室中的实验室”:一个认知科学家可以追踪的人类观察实验室, 使用摄像头和软件系统来观察眼睛的凝视和人类的行为, 研究人员如何作为一个团队工作,他们如何与科学仪器互动. 的se observations will help improve the research experience by identifying potential barriers to accelerate scientific discovery, and the team will use this information to develop a framework for an artificial intelligence user assistance capability called the Buddy System.  

“CQ9游戏有现代技术作为助手来实现科学研究的目标,”伤害解释说. “所以它就成了你的‘伙伴’,就像士兵在社交场合把他们所穿戴的人工智能技术称为“朋友”一样. 巴迪是一个隐形助手,他能做所有这些神奇的事情来帮助CQ9游戏, 来提示CQ9游戏在实验中下一步该怎么做, 并提示CQ9游戏如何解释一些结果. 它可以帮助指导CQ9游戏,加快做研究的过程.” 

漫威把巴迪比作凯特, 电视节目《CQ9游戏》中会说话的汽车, 或者苹果的Siri和亚马逊的Alexa:一个非人类, 实时助手,使人工任务更容易. 

 “Buddy系统将通过提高数据收集/分析效率来简化数据收集, 从而提高新合金设计和开发的速度,该团队在提案中写道. 

这个响应式用户界面将扩展到使用微软HoloLens 2混合现实耳机HoloBuddy的应用程序, an interactive application for microscope operation that would allow multiple users wearing headsets to experience what the microscope operator is seeing in an “augmented workspace”; HoloCollaborations, which will integrate HoloBuddy and enable remote collaboration; and HoloMicroscope, 一个教育应用程序,将教新用户如何操作电子显微镜, 带他们“进入”乐器内部,以便更深入地理解. 

杰克Kellerk, 马丁·哈默和大卫·布劳恩站在里海大学可视化实验室的大触摸屏前.

From left to right: 杰克Kellerk ’21, ’22G, NHI Undergraduate 研究 Fellow; Dr. 马丁的伤害, 美国铝业基金会材料科学与工程教授, 国家卫生健康倡议主任和LHEAD项目的首席研究员; and Dr. David Braun, 17G, 20 Ph.D., 国立卫生研究院心理学系博士后研究员, 站在实验室的几块98英寸的触摸屏前.

的 project also includes the development of a DataFed repository that will be integrated into the team’s user interfaces and augmented reality applications. 存储库将允许管理数据收集, meta标记和分享, 确保所有数据标准化, 易于搜索和所有的研究人员. 

除了Harmer作为主要的PI, additional Lehigh PIs on this project include Marvel; Kate Arrington, professor of psychology; Andrea Harmer, NHI director of 教育 innovation; Brian Chen, associate professor of computer science and engineering; Joshua Agar, assistant 材料科学与工程教授; and Masashi渡边, 材料科学与工程副教授; as well as Fraser from Ohio State. 

教务长兼教务高级副校长Nathan Urban说: 材料科学中的现代实验方法, 在许多其他领域也是如此, 让CQ9游戏能够以前所未有的规模收集数据, 这就像用显微镜在大海捞针一样. Our internal investment in the NHI project enables us to better use these advanced tools to answer fundamental questions and make new discoveries faster and more efficiently. 令人兴奋的是,看到这种方法被应用到这样的项目中,帮助增强CQ9游戏的国防, CQ9游戏期待着今后将其扩大到其他国家优先事项, 比如保护人类健康和改善基础设施.”

故事,

凯利Hochbein

摄影的

Christa Neu

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