近日，中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所應(yīng)用光學(xué)國家重點實驗室副研究員鄧永波與研究員吳一輝、劉震宇合作，完成并出版全球首部流體力學(xué)拓撲優(yōu)化理論專著。該書由Springer出版社出版，在作者過去十年的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，采用偏微分方程約束變分問題的連續(xù)伴隨分析方法，系統(tǒng)論述了非定常流動、體力驅(qū)動流動和兩相流動的拓撲優(yōu)化理論，并通過解決相應(yīng)的強不適定性問題，開創(chuàng)性地將結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和力學(xué)最優(yōu)控制理論結(jié)合，給出了結(jié)構(gòu)拓撲與器件控制的最佳匹配設(shè)計方法。

始于20世紀(jì)80年代末90年代初的微流控芯片技術(shù)，將微加工和微流體技術(shù)有機地結(jié)合在一起，在方寸大小的芯片上集成樣品處理、反應(yīng)、探測等過程，以實現(xiàn)微米尺度下液體的操控。該技術(shù)在集成化、便攜化、自動化等方面具有顯著優(yōu)勢和廣泛應(yīng)用前景，被譽為21世紀(jì)的“世紀(jì)技術(shù)”。微尺度效應(yīng)則是影響芯片上流體流動的最關(guān)鍵因素之一?；谕負鋬?yōu)化的微納結(jié)構(gòu)逆向設(shè)計，綜合考慮微尺度效應(yīng)和結(jié)構(gòu)的功能性、工藝性、集成性，是解決前述需求和所面臨挑戰(zhàn)性問題的最有效途徑之一。

隨著現(xiàn)代計算機、數(shù)值模擬技術(shù)和制造技術(shù)的發(fā)展，拓撲優(yōu)化方法于20世紀(jì)80年代末期被提出，并在彈性力學(xué)等領(lǐng)域得到了普遍發(fā)展和應(yīng)用。流體力學(xué)領(lǐng)域的拓撲優(yōu)化研究始于2003年，主要針對簡化的定常流動。因此，作者在前期工作中針對具有普遍意義的非定常流動、體力驅(qū)動流動和兩相流動，系統(tǒng)論述了流體力學(xué)拓撲優(yōu)化理論，并將其應(yīng)用于微流控芯片的功能結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化和逆向設(shè)計，取得了顯著的實際應(yīng)用效果。這項研究對微流控芯片技術(shù)的實用化具有重要意義。

該書中所涉及研究工作得到了國家自然科學(xué)基金青年基金項目、面上項目，國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃等的資助。