奥罗·阿什什·萨哈教授研究了机械工程师如何对生物和医学科学的进步做出贡献,以及如何对工程领域做出贡献,生物医学具有改变人类健康的潜力
机械手

工程学的各个学科在生物学和医学的进步中做出了巨大的贡献。本文检视机械工程师从事人造机器如何开发一个理解自然的机器的生命科学和工程领域,现代生物学和医学有可能揭开自然界的秘密。

学科的性质,机械工程设计和施工中发挥了先锋作用无生命的机器使用无生命的资源——人造的机器。另一方面,生物学和生命科学对我们理解动画世界做出了巨大贡献——自然的机器。

技术进步在不同学科的工程有生物学和医学领域受益匪浅。所有学科的工程师需要对其他研究领域以及其它学科有基本的了解[1],从而使他们在团队中工作,理解语言和与其他学科和领域。

这是可以做到,只要灵活的学术课程可以在工程和医疗机构,实现鼓励工程师跨越学科界限[2],通过跨学科和多学科研究加强创新[3]。

机械工程师与专业化生物学/生命科学可能想追求研究的医学科学家而不是做一个正式的本科课程在医学和练习作为一名医生。机械工程专业的医学科学家将在解开生物学和生命科学的秘密方面做很多工作。

生物学和生命科学的理解可以通过在物种层次上清晰地概念化自然如何通过运输现象的机制起作用[4],动量,能量和电荷在时间和空间上下文[5]的多尺度上发生,如表1所示。细胞是所有生物的基本单位,严重依赖分子和量子传输过程的功能。

表1: 控制输运现象的唯象方程

通量量 运输/力场变量 运输系数 现象学定律年 对法律Phenomeno-logical方程 微观相互作用的宏观参数 阻力(R),流动与力场模拟
质量

(JD

浓度(c) 扩散系数(D) 菲克定律,一千八百五十五 JD= Ddc/DX D=Vα/ 3 Δc / R质量
动力,,

(JV),

达西

(JD

速度(u)/压力(p),渗透作用 粘度系数(_),渗透率(ξ),,

孔隙度(φ)

牛顿定律,

达西定律一千八百五十六

Jv= -µdu / dy

JD= - dp / dx(ξ/µ)

Jv= JD/phi

µ=ρNVα/ 3

πN=颗粒密度

v=粒子速度

λ=平均自由程

δP/R水力的,,

δP/R达西

能源

(J

温度(T) 导热系数(k) 傅里叶定律一千八百二十二 J= -kDd/dx k =ρNcVα/ 3

c=粒子比热

ΔT / R
负责

(Je

电位(_) 电导率(_) 欧姆定律,一千八百二十七 Je= -σdΦ/ dx 西格=cQλ/ (mv)

m=粒子质量

q=电荷

πc=电荷密度

ΔΦ/ R

现代技术革命


不同的研究领域,如生物学,工程、科学与管理/金融力图为四个主要的现代技术革命作出贡献,即纳米技术,生物技术、能源技术和科学计算。连接上述重大科学革命的共同线索是热力学,如表2所示。

毫无疑问,热力学在揭开自然奥秘方面发挥了作用,并且始终是科学界目睹的每一场技术革命的领导者。麦克斯韦的风景如Boltzmann吉布斯普朗克爱因斯坦薛定谔,狄拉克,翁萨格费米普里高津冯·诺依曼,Feynman玻色,萨哈,李普曼德坚涅Behan[6,7,在寻求统一理解自然世界的共同思路时,就显得尤为重要。

语言是学会从自己的母亲。数学是科学的语言。热力学是科学之母。

表2热力学与现代技术革命

现代技术革命 热力学链接
纳米技术 微纳米尺度与量子输运
生物技术 吉布斯生物能源公司生物燃料
能源技术 在能源和环境中(火用),燃料电池
科学计算 可逆量子计算,信息,通信

表3列出了工程和科学的不同领域和学科所进行的热力学研究的类型和水平。中央主题连接所有不同类型的热力学研究熵。表4给出了不同配方的熵的细节类型和他们的支持者。

表3: 类型的热力学研究

学习类型 特征特征williamhill投注赔率
平衡/经典热力学 宏观,连续体,过程之间的平衡态
统计热力学 微观的,微粒
非平衡/不可逆过程热力学 耗散系统,附近的平衡,远离平衡状态,线性的,非线性的
生物热力学 生物的背景,生物化威廉希尔中国注册学,生物工程,生物物理学
纳米热力学 小型系统,纳米尺度
量子热力学[8] 不可逆量子力学和热力学[9]

表4熵的类型[10]

熵类型 熵公式为:年 熵表达式,年代
平衡 克劳修斯,1850 γδQ/T

Q=传热,,

温度

构型 Boltzmann一千八百七十二 K伦敦西北大学

K=玻耳兹曼常数

W=热力学概率

统计 吉布斯1878 - kδpLNP

=微状态概率

量子 冯·诺依曼,一千九百二十七 - kTr(∑ρlnρ)

Tr =跟踪

ρ=量子力学系统的密度矩阵

问询处 香农,一千九百四十八 δp原木(1/P)

=事件的概率

非添加剂 Tsallis1988 K/ (q1) (1 -∑pQ

=概率

q=熵指数

未来在量子热力学领域的研究也试图揭开细胞和分子生物学的秘密。识别的起源,模式和途径不同的运输事业所需要的原料见证的完整过程发生在细胞水平上的生物物种。

机械工程与生物/医学的协同作用


机械工程研究涉及许多现代生物学和医学领域,如表5所示。

表5机械工程与现代生物医学的关系

现代生物学与医学 机械工程 把课程
生物流体流动 现代先进的流体力学 1)生物热力学,2)量子热力学,,

3)生物系统的力学和热力学,,

4)先进的应用计算流体力学/动力学

5)Python编程语言接口来平衡,非平衡,统计数字,纳米技术,生物和量子热力学模拟

生物能源学分子机械 非平衡与量子热力学[5],现代/高级工程热力学
生物力学 现代力学
生物纳米技术与生物运输 MEMS与微纳米流体学[5]
生物系统的建模与仿真 计算流体动力学[5]

今天,仿真驱动医学诊断和治疗,并且随着异构计算硬件的可用性,仿真已经成为生物学和医学不可分割的一部分[12]。医学科学家需要通过他们的研究来发展对根治人类健康相关问题的根本原因物理学的理解。使实际性能与预测性能之间的差异最小化,如表1所示,了解所有涉及的传输机制及其现象是很重要的。

具有协同课程的学术教学/学习教学法,如表5所示,可以增进对机械工程专业毕业生的了解,使他们倾向于从事医学科学家或那些寻求其他职业机会的职业。

结论


跨学科的理解自然的机器可以同样受益的领域工程,现代生物学和医学,可能导致解开自然界运作背后的秘密。

作者:
阿希什·萨哈
机械工程教授,
机械工程系
建设工程学院
Pondicherry-605 014
印度
电子邮件:asaha@pec.edu

参考文献
1。韦特G.N.韦特,L.,2007.分子和细胞生物学申请工程师,麦格劳-希尔,纽约。
2.Gautam Biswaset al。2010.印度工程教育概况:现状,关注和建议,纳罗莎出版社有限公司,新德里。
三。Ekwkwen.名词伊斯兰教,N。2012。颠覆性技术,创新和全球重新设计:新含义,信息科学参考,Hershey。
4。罗德里戈·索托,2015。动力学理论与输运现象牛津大学出版社,纽约。
5。阿希什·萨哈,2017,机械工程明天必须futureproof最大化的技术,,http://www.engineersjou..ie/2017/06/06/.-.-futureproof-.-./
6。阿德里安·贝扬,2016.生命的物理学,圣马丁的出版社,纽约。
7。阿德里安·贝扬,2017,在热力学进化,应用物理评论,4,011305。
8。WMuschik2007.为什么这么多学校”热力学?我是英杰纽尔森,71年,聚丙烯。149—161。
9。大卫。Castelvecchi,2017。量子定律和热力学定律之间的斗争愈演愈烈,自然,543年,597~598。
10.阿希什·萨哈,2017,非平衡热力学和量子模拟、MEE-86.M.Tech。(ET)-第二学期,讲稿,庞迪切里工程学院本地治里
11。阿希什·萨哈,量子热力学的现代时代——从洞察力到创新和发现,正在准备的手稿。
12。萨哈,a.A.et al。2013。使用GeForceGPU的高级CFD建模,国际机械工程与计算机应用杂志1,聚丙烯。61-69.

http://www.engineersjou..ie/wp-content/uploads/2018/01/bio.-1024x580.jpg//www.bjfpb.com/wp-content/uploads/2018/01/biomedical-300x300.jpg大卫baillie gifford机械手错过了生物医学,医疗保健,机械,梅德克
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