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項(xiàng)目成果/簡介:世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導(dǎo)致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復(fù)方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動，使其發(fā)出語音信號。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓(xùn)練周期長，并且需要患者自己手持助

01. 成果簡介 世界上有數(shù)以百萬的語言障礙患者，其中有的是由于先天缺陷導(dǎo)致其存在語言功能障礙，也有的是后天的一些疾病致使其喪失語言功能，語言功能障礙給他們的生活帶來了極大的困難和不便。電子人工喉是一種簡易的語言康復(fù)方法，其通常需要安裝在口內(nèi)喉部，由肺部發(fā)出的氣流經(jīng)過舌、唇的調(diào)制，引起人工喉膜片振動，使其發(fā)出語音信號。然而，現(xiàn)有電子喉助音器無法清晰還原患者聲音，發(fā)音模糊，訓(xùn)練周期長，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成極大不便，所以亟需便于失語者攜帶、操作簡單、性能優(yōu)異的新型人工喉的器件及系統(tǒng)研究。 本成果團(tuán)隊(duì)研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可貼附、聲音收發(fā)系統(tǒng)集成、動作監(jiān)測系統(tǒng)、輕型可穿戴等方面有了重大突破。首先，第二代石墨烯人工喉采用了更貼合人體皮膚的紋身式薄膜作為襯底，無需膠帶粘貼，可直接貼敷在人體喉嚨，極大地提高了佩戴舒適感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收發(fā)聲系統(tǒng)方面有了雙重突破，實(shí)現(xiàn)了石墨烯的器件級應(yīng)用至系統(tǒng)級應(yīng)用的跨越。通過專用電路對聲音信號的放大和轉(zhuǎn)換，第二代石墨烯智能人工喉首次將收聲系統(tǒng)和發(fā)聲系統(tǒng)連接起來，實(shí)現(xiàn)了聲音輸入到輸出的閉環(huán)，并可以通過示波器實(shí)時觀測喉部運(yùn)動情況。接著，通過與單片機(jī)的結(jié)合，該器件可以將人體喉部的不同動作“翻譯”成不同的聲音，實(shí)現(xiàn)了動作發(fā)聲系統(tǒng)。通過連接解碼器，該器件還可以播放任意音樂。最后，第二代石墨烯智能人工喉系統(tǒng)可通過臂包穿戴在胳膊上，首次實(shí)現(xiàn)了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未來將進(jìn)行體積更小及功能更多的集成，有望實(shí)現(xiàn)像“創(chuàng)可貼”一樣貼附在人體喉部并幫助失語者“開口說話”。圖1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系統(tǒng)02. 應(yīng)用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收聲和發(fā)聲于一體，可直接貼附于失語者喉部，并將喉部的不同動作轉(zhuǎn)化為對應(yīng)聲音，有望幫助失語者正常與他人“交談”。在未來，該器件將與聲紋識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)結(jié)合，在語音識別、家庭醫(yī)療等領(lǐng)域具有廣闊前景。03. 知識產(chǎn)權(quán) 已獲得國家發(fā)明專利授權(quán)2項(xiàng)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 本成果項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人為任天令教授，清華大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院副院長，教育部長江學(xué)者特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，清華大學(xué)環(huán)境與健康傳感技術(shù)研究中心副主任。擔(dān)任IEEE電子器件學(xué)會副主席（中國大陸首次）、國際微電子領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)會議IEDM執(zhí)委（中國大陸首次）、IEEE電子器件學(xué)會教育委員會主席（中國大陸首次）、中國微米納米技術(shù)學(xué)會理事等。近年來，承擔(dān)國家自然科學(xué)重點(diǎn)基金、國家重大科技專項(xiàng)、國家公益性行業(yè)科研專項(xiàng)、國家重大儀器專項(xiàng)、國家863計(jì)劃、國家973計(jì)劃等多項(xiàng)國家重要科技項(xiàng)目，做出一系列具有重要國際影響的創(chuàng)新學(xué)術(shù)成果。主要研究方向?yàn)橹悄芪⒓{電子器件、芯片與系統(tǒng)，包括：智能傳感器與智能集成系統(tǒng)，二維納電子器件與芯片，柔性、可穿戴器件與系統(tǒng)，智能信息器件與系統(tǒng)技術(shù)等。在國內(nèi)外重要學(xué)術(shù)期刊和會議發(fā)表重要SCI期刊論文400余篇，國際微電子領(lǐng)域頂級學(xué)術(shù)會議IEDM論文11篇；獲國內(nèi)外發(fā)明專利70余項(xiàng)，入選2018年愛思唯爾（Elsevier）“中國高被引學(xué)者”（微電子領(lǐng)域唯一入選者）。獲2018年電子學(xué)會自然科學(xué)一等獎，“石墨烯智能人工喉”榮獲科技導(dǎo)報評選的2017“中國十大重大技術(shù)進(jìn)展”，“人工智能微納電子器件”榮獲2017“清華大學(xué)十大重大學(xué)術(shù)成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全國科技活動周被評為“最受公眾喜愛項(xiàng)目”，還入選2018年中國國際智能產(chǎn)業(yè)博覽會十大“黑科技”創(chuàng)新產(chǎn)品（從1082項(xiàng)創(chuàng)新產(chǎn)品中脫穎而出）。團(tuán)隊(duì)成員有副教授、助理教授、助理研究員等7人。05. 合作方式 技術(shù)許可。06. 聯(lián)系方式 郵箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

淚道阻塞是眼科常見病，其危害主要是溢淚，經(jīng)常流淚可導(dǎo)致眼周皮膚粗糙、糜爛、下瞼外翻、鼻淚管阻塞引起的慢性淚囊炎，常有膿性分泌物從淚點(diǎn)排出，對眼球構(gòu)成潛在危險，對病人帶來很大痛苦，既防礙工作，又影響美觀。所以我們研制了人工淚小管，人工鼻淚管。

人工超材料是指亞波長尺度單元按一定的宏觀排列方式形成的人工復(fù)合電磁結(jié)構(gòu)。由于其基本單元和排列方式都可任意設(shè)計(jì)，因此能構(gòu)造出傳統(tǒng)材料與傳統(tǒng)技術(shù)不能實(shí)現(xiàn)的超常規(guī)媒質(zhì)參數(shù)，進(jìn)而對電磁波進(jìn)行高效靈活調(diào)控，實(shí)現(xiàn)一系列自然界不存在的新奇物理特性和應(yīng)用。然而，傳統(tǒng)的電磁超材料和超表面都是基于連續(xù)變化的媒質(zhì)參數(shù)，很難實(shí)時地操控電磁波。 以程強(qiáng)教授為核心團(tuán)隊(duì)的課題組在國際上首次提出“數(shù)字編碼與可編程超材料”，提出用二進(jìn)制數(shù)字編碼來表征超材料的思想，通過改變數(shù)字編碼單元“0”和“1”的空間排布來控制電磁波。這一概念的提出不僅簡化了超材料的設(shè)計(jì)難度和優(yōu)化流程，構(gòu)建了超材料由物理空間通往數(shù)字空間的橋梁，使人們能夠從信息科學(xué)的角度來理解和探索超材料。更重要地是，超材料的數(shù)字化編碼表征方式非常有利于結(jié)合一些有源器件（例如二極管和MEMS開關(guān)等），在現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）等電路系統(tǒng)的控制下實(shí)時地數(shù)字化調(diào)控電磁波，動態(tài)地實(shí)現(xiàn)多種完全不同的功能。 在該工作中，作者利用優(yōu)化算法，設(shè)計(jì)相應(yīng)的時空三維編碼矩陣，超表面將入射波能量分散到空間任意方向和任意諧波頻譜上，這一特性很好地縮減了雷達(dá)散射截面（RCS），未來有望應(yīng)用于新型的計(jì)算成像系統(tǒng)。更重要的是，引入時間維度的編碼之后，可以擴(kuò)展傳統(tǒng)的空間編碼比特數(shù)，降低了實(shí)現(xiàn)高比特可編程超表面的系統(tǒng)復(fù)雜度。例如，一款2比特的可編程超表面，只要設(shè)計(jì)相應(yīng)的時空編碼矩陣，就可以在中心頻率和諧波頻率實(shí)現(xiàn)等效的360度相位覆蓋，這是傳統(tǒng)可編程超表面無法實(shí)現(xiàn)的，可用于實(shí)現(xiàn)波束塑形等一系列實(shí)用功能。 本工作得到了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“變革性技術(shù)關(guān)鍵科學(xué)問題”重點(diǎn)專項(xiàng)“微波毫米波數(shù)字編碼和現(xiàn)場可編程超構(gòu)材料的理論體系與關(guān)鍵技術(shù)”，以及國家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的資助，相關(guān)實(shí)驗(yàn)測試工作在東南大學(xué)毫米波國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室完成。

本實(shí)用新型公開了一種人工氣道，特別是一種應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的人工氣道。本實(shí)用新型提供一種可以簡化對人工氣道封閉氣囊壓力進(jìn)行監(jiān)測，并能實(shí)時對封閉氣囊的壓力進(jìn)行自動安全調(diào)節(jié)，同時防止誤操作，使其可以安全且穩(wěn)定維持在理想壓力值的人工氣道，包括導(dǎo)管、主接頭、封閉氣囊和充氣管，所述主接頭設(shè)置在導(dǎo)管的端部；所述充氣管一端與封閉氣囊相通，另一端與壓力指示氣囊相通，還包括壓力安全閥。當(dāng)臨床醫(yī)務(wù)人員在充氣接頭處注射氣體，隨著注射氣體的增加壓力指示氣囊壓力，封閉氣囊以及壓力接口處的壓力也隨之增加，一旦封閉氣囊和外側(cè)壓力指示氣囊壓力過高超過壓力安全閥安全值，壓力安全閥打開漏氣釋放壓力。

尋求高校機(jī)械工程學(xué)院、計(jì)算機(jī)人工智能學(xué)院及信息工程學(xué)院方面的系統(tǒng)產(chǎn)品代理,教務(wù)處  浙江省合作

煤礦提升機(jī)箕斗卸煤不凈的原因有:水煤、黏矸造成箕斗內(nèi)滯卸載不完全；冬季嚴(yán)寒天氣，箕斗內(nèi)的水媒凍結(jié)造成滯煤，當(dāng)箕斗定量裝載在箕斗滯煤情況下再次裝載后，其實(shí)際載荷超過額定負(fù)荷，遠(yuǎn)超過電機(jī)額定能力，會造成無法正常提升，若不及時排除，則易造成提升安全事故的發(fā)生。本成果設(shè)計(jì)了測量余煤卸載情況的監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)將利用無線張力檢測裝置，實(shí)時檢測提升機(jī)鋼絲繩的張力，并通過無線發(fā)送裝置發(fā)送到地面，之后，通過標(biāo)度變換并計(jì)算出鋼絲繩張力和載重量最終顯示在液晶顯示器上，當(dāng)過有余煤未卸盡時，則報警，提醒及時清理箕斗余煤。該成果的發(fā)明，極大提高了礦井提升機(jī)的安全提升水平，促進(jìn)了煤礦的安全高效生產(chǎn)。

本成果面向國家/地方植入醫(yī)療器械的重大戰(zhàn)略需求，緊跟國際研究前沿， 圍繞生物材料生物功能性及植入體藥械結(jié)合的研發(fā)主線，基于細(xì)胞外微環(huán)境原理, 探究生物材料界面微環(huán)境特征如何調(diào)控骨/骨關(guān)節(jié)修復(fù)的核心科學(xué)問題，系統(tǒng)地 研究生物材料界面微環(huán)境特征與細(xì)施相互作用規(guī)律及分子機(jī)制，提供生物材料表 面功能化關(guān)鍵技術(shù)，最終為骨/骨關(guān)節(jié)修復(fù)提供新材料。植入體與宿主的生物反應(yīng)首先發(fā)生在材料界面，誘發(fā)細(xì)胞粘附到組織形成的 生物級聯(lián)反應(yīng)。如何構(gòu)建生物功能性界面并賦予植入體主動刺激細(xì)胞/組織功能 的性能，提高其使用壽命，是醫(yī)療器械研發(fā)關(guān)鍵科學(xué)問題之一。本項(xiàng)目創(chuàng)建生物 功能性界面與骨髓基質(zhì)干細(xì)施雙向“交流"調(diào)控的理論假說。利用雙酸腐蝕及陽 極氧化等技術(shù)制備系列鈦基多尺度微米、微/納米、納米結(jié)構(gòu)，揭示微/納米結(jié)構(gòu)〉 納米結(jié)構(gòu)〉微米結(jié)構(gòu)的生物學(xué)響應(yīng)規(guī)律。率先將層層組裝技術(shù)（LBL）技術(shù)引入到鈦 基生物材料界面工程，獲專利授權(quán)。進(jìn)而，利用LBL技術(shù)構(gòu)建生物因子插層多層 結(jié)構(gòu)，調(diào)控骨髓間充質(zhì)干細(xì)胞的分化，并促進(jìn)植入體的骨整合性。首次在鈦材表 面構(gòu)建“三明治”界面結(jié)構(gòu)，調(diào)控成骨細(xì)施/破骨細(xì)施動態(tài)生長平衡，開發(fā)出具 有骨質(zhì)疏松治療功效的鈦基新型植入器械。

類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎是世界三大難治病之一。常累及掌指關(guān)節(jié)和腕掌關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)被破壞，導(dǎo)致疼痛，畸形及功能障礙，生活不能自理。在手術(shù)方法上，關(guān)節(jié)融合，滑膜切除，韌帶修復(fù)，關(guān)節(jié)切除成形等有一定療、但在緩解疼痛及功能重建方面均不及人工關(guān)節(jié)置換術(shù)療效可靠，所以我們研制了人工掌指關(guān)節(jié)。

角膜（Cornea）作為眼部的重要組織之一，不僅承擔(dān)著屈光、維持眼部正常結(jié)構(gòu)的功能，對外界的病原體及塵埃顆粒也起到阻擋作用。然而，角膜同時也容易受到諸如細(xì)菌或病毒導(dǎo)致的眼部感染、化學(xué)或機(jī)械性損傷，以及腫瘤和自身免疫性疾病等影響。因角膜而引起的失明已成為全球第四大致盲原因，主要治療方法就是角膜移植。當(dāng)今全球單側(cè)角膜失明人數(shù)約2300萬，雙側(cè)角膜失明人數(shù)約490萬，但每年角膜供體供應(yīng)量只有約10萬。此外，如果受體患者出現(xiàn)角膜血管化或先前排斥史,移植失敗率可高達(dá)70%。因此，尋找臨床上可大量獲得并且具有良好的生物相容性人工角膜，是當(dāng)前亟待解決的問題。? 郭瓊玉與約翰·霍普金斯大學(xué)助理教授Anirudha Singh，美國工程院、醫(yī)學(xué)院兩院院士Jennifer H. Elisseeff合作，在國際上率先提出并實(shí)現(xiàn)了蛋白多糖類似物對膠原蛋白納米纖維結(jié)構(gòu)的有效調(diào)控（圖2）。 據(jù)悉，角膜膠原纖維的直徑大小與排列方式對角膜材料的透光率和機(jī)械性能起著決定性的作用。該研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)糊精類環(huán)狀低聚糖能夠調(diào)節(jié)膠原纖維的玻璃化、排列和超微結(jié)構(gòu)，尤其是β－環(huán)糊精添加到I型膠原蛋白中后產(chǎn)生了與供體角膜相似的纖維層狀結(jié)構(gòu)，從而得以獲得一種具有優(yōu)越透明性和機(jī)械韌性的人工角膜植入物，并且在體外和兔角膜部分切除術(shù)模型上驗(yàn)證了該仿生人工角膜的生物相容性和手術(shù)性能。這項(xiàng)工作為體外制備具有臨床轉(zhuǎn)化前景的仿生人工角膜研究奠定了基礎(chǔ)。