约翰霍普金斯大学的工程师们正在与卡内基梅隆大学的工程师们合作，以确保美国国家航空航天局(NASA)从火箭发动机到最终在其他星球上的人类前哨所使用的增材制造金属部件耐用、安全，并能够承受NASA最雄心勃勃的探索任务的压力。

JHU-CMU团队是美国宇航局两个新的空间技术研究所(STRIs)之一的先锋，该研究所将大学领导的团队聚集在一起开发技术。

由jhu - cmu领导的研究所将致力于对使用先进制造技术制造的金属部件进行快速认证，而另一个总部位于德克萨斯大学奥斯汀分校的研究所将专注于量子传感技术，以支持气候研究。每家研究所将在五年内获得最多1500万美元。

“我认为毫不夸张地说，我们的stri的结果将标志着这些材料的生产、合格和认证方式的范式转变，这些材料将被要求在关键的太空任务中完成任务。”

Somnath Ghosh

土木与系统工程教授

怀廷工程学院土木与系统工程教授Somnath Ghosh是STRI项目的共同主要研究员，他说:“我认为毫不夸张地说，STRI的结果将标志着这些材料的生产、合格和认证方式的范式转变，这些材料将被要求在关键的太空任务中完成任务。”卡内基梅隆大学冶金工程和材料科学教授托尼·罗利特(Tony Rollett)是该研究所的主要研究员。高希和罗利特是该研究所的联合主任。

增材制造的金属部件是由金属粉末制成的，这些金属粉末以特定的方式熔化，并形成有用的部件，例如航天器部件。这种零件的内部结构与其他方法生产的零件有很大不同。很难高精度地预测这些材料在实际环境中的表现——通常是非常紧张和高风险的环境。

综合计算力学和材料建模专家、约翰霍普金斯大学计算力学研究实验室和综合结构-材料建模与仿真中心主任高希解释说:“实际上，NASA显然不可能在每种情况下提前测试每个部件，所以这就是我们的‘数字双胞胎’方法的宝贵之处。”

“数字双胞胎”是一种计算机模型，可以让团队了解零件的功能和限制，比如它们在断裂前能承受多大的压力。这样的模型可以优化流程-结构-属性关系，这是验证零件在现实世界中使用的关键。

高希解释说:“经过实验验证的数字双胞胎使我们能够在计算机中测试各种金属和增材制造材料，而不必进入实验室。”“模拟测试材料的时间和费用仅为测试实际材料所需时间和费用的一小部分。通过这种方式，我们可以发现材料是否能提供我们所需的性能和我们所追求的寿命。”

除了为目前用于3D打印的航天材料制造的增材制造部件创建数字双胞胎外，研究团队还将使用这种方法来评估和建模新材料。根据Ghosh的说法，数字模型场景将采用物理学、力学和机器学习(AI)，从而产生他所认为的“丰富的模型，可以为您提供正在发生的事情的大图视图。”

高希预测，这一结果不仅将改变NASA的游戏规则，也将改变那些需要在各种高风险场景中测试材料的飞机公司。

约翰·霍普金斯大学的团队包括土木与系统工程教授兼负责人杰米·盖斯特(Jamie Guest);机械工程教授Jaafar El-Awady;霍普金斯极端材料研究所副研究员David Elbert;克里格艺术与科学学院物理学和天文学副研究科学家Maggie Eminizer;约翰霍普金斯大学应用物理实验室的高级工程师马莉;增材制造工程师Michael Presley;高级科学家Steven Storck;以及Morgana Trexler，极端和多功能材料科学项目经理。

与JHU和CMU合作的还有范德比尔特大学、德克萨斯大学圣安东尼奥分校、弗吉尼亚大学、凯斯西储大学、西南研究所和普惠公司的研究人员。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。