你家的菜刀鈍了，通常怎麼判斷?切張紙、切個西紅柿?在工業生產中，特種刀具的鋒利度檢測可沒這麼簡單，能夠實現刀刃量化檢測的傳統方法要麼耗時耗力，要麼可能會對刀具產生破壞。近日，清華大學深圳國際研究生院智能製造團隊給出了一種全新的解決方案：他們利用一種非牛頓流體，可實現刀具鋒利度的無損、高精度檢測。這項成果已發表於《自然·通訊》(Nature Communications)期刊。

刀具鋒利度是各類刃具作業性能的核心指標。當前行業主流的刀具鋒利度檢測方式存在明顯技術短板與應用侷限，現有鋒利度檢測相關研究尚未形成兼顧無損、全域、高精度、可重複的一體化檢測體系，傳統檢測技術普遍存在檢測週期長、成本高或破壞性檢測等痛點，嚴重製約了刀具鋒利度精準測量技術的產業化應用與迭代升級。

圖 典型鋒利刀具及其磨損形態示意圖

清華大學深圳國際研究生院智能製造團隊提出了一種基於高剪切響應非牛頓流體的刀具鋒利度量化測量方法，可實現刀具鋒利度的連續、高分辨率及可重複檢測，構建了高精度、全域化的刃口鋒利度檢測體系。

圖 鋒利刀具切割牛頓流體過程的建模示意圖

研究團隊首先研發出了適配鋒利度高精度檢測的非牛頓流體配方，通過精準調控流變特性，使其既可保障刀具浸入檢測介質，又能在較高剪切作用下產生顯著粘度響應，從而實現刃口鋒利度變化的精準表徵，並通過改善抗沉降穩定性實現長時間、可重複的標準化檢測，有效適配不同幾何參數的薄刃鋒利度測試需求。

圖 本研究開發的刀具鋒利度測試實驗系統

在此基礎上，團隊基於Hiemenz與Falkner-Skan模型開展了阻力分解分析，通過多工況數值模擬精準預測流體的力學響應規律，明確了刃口半徑和切割速度等特徵的耦合關聯，確認了非牛頓流體測量刀具鋒利度的核心作用機制，推導得到了刀具鋒利度解析計算公式，建立了包含刃口鈍圓半徑、楔角、切割速度及流體粘度的多參數分析模型，進而搭建了基於非牛頓流體的刀具鋒利度檢測實驗平台，可實現切割受力信號高精度採集和鋒利刀具刃口鈍圓半徑的表徵。

該技術有效解決了傳統檢測方式的各類弊端，具備低成本、高效率等優勢，適用於民用、醫用、工業等多場景刀具鋒利度檢測，為刀具製造技術迭代升級、刃具品質標準化管控提供了新型高效方案，具備廣闊的工程應用前景與積極的產業化推廣價值。

相關研究成果以“基於高剪切響應流體與解析阻力模型的刀具鋒利度無損表徵”(Non-Destructive Blade Sharpness Characterization Using a High-Shear Responsive Fluid and Analytical Drag Modeling)為題，發表於《自然·通訊》(Nature Communications)。

論文第一作者為清華大學深圳國際研究生院2025屆智能製造項目機械專業碩士畢業生趙昊琳，通訊作者為清華大學深圳國際研究生院副教授馮峯，論文作者還包括清華大學深圳國際研究生院教授馮平法、2020級機械工程專業博士研究生薑恩來、2024級機械工程博士研究生樂祺中、2026屆機械工程專業博士畢業生徐捷，以及上海飛機制造有限公司工程師柴娜娜、正高級工程師龔佑宏。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-75558-9