最近，一个由来自美国麻省理工学院的工程师们组成的研究团队发明了一种可以更快，更准确的对几乎所有软性材料的相关性能进行测量的新型技术。

该技术的灵感来自蝙蝠和海豚在回声定位中使用的声音序列，可以用来测试水泥干燥、凝固或任何其他随时间变化可能发生“突变”的软材料的一些性能。

麻省理工学院机械工程系的博士后BavandKeshavarz说：“这项技术可以帮助许多行业，而且这些行业并不需要改变现有的仪器就能更好、更准确地分析其工艺和材料。

该项目的研究人员Michela Geri说道：“这种方法适用于各种软性材料，包括从粘弹性材料到像水泥一样的材料等。随着时间的推移，这些材料都会发生迅速的变化，快速准确地描述它们的特性是非常重要的”。

更快的测量：

该小组的新技术改进和扩展了原始流变仪捕获的变形信号。通常，这些仪器被设计成在小应变或大应变上来回拉伸和挤压材料，这取决于以简单振荡剖面的形式发送的信号，该信号告诉仪器的电机使材料变形的速度或距离。频率越高，流变仪中的电机工作速度就越快，剪切材料的速度就越快，而频率越低，这种变形就越慢。

其他测试软材料的仪器也可以使用类似的输入信号。这些系统包括在两块板之间挤压和扭曲材料的系统，或者在容器中搅拌材料的系统，其速度和力度由工程师为仪器的马达编程设计的频率剖面决定。

到目前为止，测试软材料最准确的方法是在数小时内连续进行测试，在此期间，将材料在不同频率上拉伸或剪切。

近年来，研究人员希望通过改变仪器的输入信号并压缩发送到电动机的频率剖面来加快测试软材料的过程。

科学家们把这种更短、更快、更复杂的频谱称为“chirp线性调频信号”，这是在雷达和声纳领域产生的类似频率结构，在鸟类和蝙蝠的某些发声中，这种频率分布非常广泛。

chirp剖面显著加快了试验测试的运行速度，使仪器能够在10到20秒内测量材料在不同频率或速度范围内的特性，而传统的测量时间约为45分钟。

但在这些测量数据的分析过程中，研究人员发现在正常的chirp数据中发现了伪影信号，这被称为振铃效应，这也意味着没有足够准确的测量: 这些伪影似乎来自chirp的振幅剖面，它类似于电机振荡频率的快速上升和下降。

“这就像运动员在没有热身的情况下进行100米短跑”，Keshavarz说道。Geri、Keshavarz和他们的同事希望优化chirp配置文件，以消除这些伪影并产生更精确的测量，同时保持相同的短测试时间。他们研究了雷达和声纳中类似的chirp信号——这些领域最初是由麻省理工学院林肯实验室(MIT Lincoln Laboratory)首创的——他们的资料最初是受到鸟类、蝙蝠和海豚发出的chirp信号的启发。

“蝙蝠和海豚发出类似的唧唧声信号，这种信号包含了一定的频率范围，因此它们可以快速定位猎物”，Geri说道：“它们接受到返回给他们的频率，并发展出将其与物体距离联系起来的方法。它们必须做出准确、迅速的回应，否则猎物就会逃跑”。

该研究团队分析了chirp信号并在计算机上模拟和优化了这些资料，然后在实验室中将特定的chirp剖面信号应用到流变仪中。他们发现，最能降低振铃效应的信号是一个频率剖面信号，它仍然和传统的chirp信号一样短，长约14秒，但是，与其他研究人员一直使用的原始chirp谱相比，这种变化是逐渐增加的，在不同频率之间的过渡也更为平稳。

他们将这种新的测试信号称为“最优窗口chirp”(OWCh)，用于确定频率剖面的最终形状，它类似于一个平滑的圆形窗口，而不是一个尖锐的矩形斜坡。最后，这项新技术要求电机以一种更加渐进、平滑的方式拉伸和挤压材料。

该研究小组在实验室中对各种粘弹性液体和凝胶进行了新的chirp谱测试，首先测试的是实验室内部的标准聚合物溶液，他们采用典型的慢速方法、传统chirp谱和新的OWCh最优窗口分别对其进行了表征。研究人员还发现，他们的技术产生的测量结果几乎完全符合传统方法（但速度较慢）所具有的精确度。他们的测量结果也比典型的chirp方法精确100倍。

据研究人员介绍，该技术可以应用于任何现有的测试软质材料的仪器或设备上，而且将大大加快实验测试过程。他们还提供了一个开源软件包，研究人员和工程师可以使用它来帮助分析数据以及快速表征几乎所有的软性材料以及一些正在不断发展的新型材料。

Keshavarz说：“自然界和工业中的许多材料都在快速发生变化。但是，现在我们只需要很短的时间，就可以在很大的频率范围内有效监测这些材料在发生变化时表现出的一些反应”。

该研究小组已经将相关研究结果发表在《Physical Review X》杂志上。