近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所應用光學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拓撲優化理論專著。該書由Springer出版社出版，在作者過去十年的相關研究基礎上，采用偏微分方程約束變分問題的連續伴隨分析方法，系統論述了非定常流動、體力驅動流動和兩相流動的拓撲優化理論，并通過解決相應的強不適定性問題，開創性地將結構拓撲優化和力學最優控制理論結合，給出了結構拓撲與器件控制的最佳匹配設計方法。

始于20世紀80年代末90年代初的微流控芯片技術，將微加工和微流體技術有機地結合在一起，在方寸大小的芯片上集成樣品處理、反應、探測等過程，以實現微米尺度下液體的操控。該技術在集成化、便攜化、自動化等方面具有顯著優勢和廣泛應用前景，被譽為21世紀的“世紀技術”。微尺度效應則是影響芯片上流體流動的最關鍵因素之一。基于拓撲優化的微納結構逆向設計，綜合考慮微尺度效應和結構的功能性、工藝性、集成性，是解決前述需求和所面臨挑戰性問題的最有效途徑之一。

隨著現代計算機、數值模擬技術和制造技術的發展，拓撲優化方法于20世紀80年代末期被提出，并在彈性力學等領域得到了普遍發展和應用。流體力學領域的拓撲優化研究始于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、體力驅動流動和兩相流動，系統論述了流體力學拓撲優化理論，并將其應用于微流控芯片的功能結構拓撲優化和逆向設計，取得了顯著的實際應用效果。這項研究對微流控芯片技術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基金青年基金項目、面上項目，國家高技術研究發展計劃等的資助。