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01. 成果簡介 仿生體模從力學(xué)、聲學(xué)等物理性質(zhì)上模擬人體軟組織，能夠直觀反映出組織的影像學(xué)特征，因此可廣泛應(yīng)用于超聲設(shè)備校準(zhǔn)、臨床操作訓(xùn)練等。針對(duì)超聲成像和超聲彈性成像，目前已經(jīng)發(fā)展了一些體模制備方法。為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，如材料毒性，難以降解，以及仿生制備非均勻體模（如腫瘤體模和皮膚體模等）界面強(qiáng)度不夠等問題，本研究經(jīng)過多年的反復(fù)試驗(yàn)，在理論分析和數(shù)值仿真指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)際制作千余次，發(fā)展出一種無毒、可降解多功能仿生體模制備技術(shù)，所制備的體模性能參數(shù)包括但不限于： 體模尺寸：體模最小特征尺寸可從數(shù)毫米到數(shù)十厘米之間變化，覆蓋各種人體組織的特征尺寸； 體模熔點(diǎn)：體模熔點(diǎn)可在20攝氏度到90攝氏度之間調(diào)控，覆蓋腫瘤熱消融時(shí)的升溫目標(biāo)(典型值約為43—65攝氏度)。 體模楊氏模量：體模的楊氏模量可在3KPa到500kPa之間調(diào)控，覆蓋人體主要組織(如皮膚、血管、肝臟等)的楊氏模量變化范圍。 仿生微結(jié)構(gòu)：體模內(nèi)部可包含直徑3mm～20mm的球體或截面直徑3mm～20mm的圓柱體。能夠仿生模擬含腫瘤、神經(jīng)纖維等結(jié)構(gòu)的軟組織。 可3D或4D打印：實(shí)驗(yàn)表明，本體模材料可作為3D或4D打印的打印墨水，從而打印出具有復(fù)雜微結(jié)構(gòu)并可對(duì)外界激勵(lì)作出響應(yīng)的仿生體模。      腫瘤仿生體模   皮膚體模 02. 應(yīng)用前景 臨床醫(yī)用軟材料耗材，超聲設(shè)備校準(zhǔn)、臨床操作訓(xùn)練等。03. 知識(shí)產(chǎn)權(quán) 相關(guān)成果已申請(qǐng)發(fā)明專利保護(hù)。04. 團(tuán)隊(duì)介紹 團(tuán)隊(duì)主要研究領(lǐng)域?yàn)槌晱椥猿上瘛④洸牧虾蜕锊牧狭W(xué)、接觸力學(xué)、計(jì)算力學(xué)等，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為教授、博士生導(dǎo)師。參與和承擔(dān)973、國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目和面上項(xiàng)目等科研項(xiàng)目多項(xiàng)。科研成果發(fā)表SCI論文120余篇，申請(qǐng)專利20余項(xiàng)。05. 合作方式 商務(wù)合作。06. 聯(lián)系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

關(guān)節(jié)軟骨損傷及其退行性病變-骨關(guān)節(jié)炎給社會(huì)帶來越來越大的勞動(dòng)力損失以及患者生活質(zhì)量的下降。骨軟骨生物醫(yī)學(xué)研究日益深入，但另一方面，減少動(dòng)物的使用又是一個(gè)巨大挑戰(zhàn)，也是人類文明進(jìn)步的趨勢(shì)。因應(yīng)這一挑戰(zhàn)，體外模型，包括多種類器官，被開發(fā)出來并用于體外生物醫(yī)學(xué)研究，有效減少了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用數(shù)量，并提升了研究的準(zhǔn)確性。本項(xiàng)目通過制備仿生模型，為骨軟骨的缺損和再生研究提供了體外、準(zhǔn)確的研究手段。

相關(guān)專利提供一種牙體硬組織再礦化的復(fù)合材料，包括模擬體液，在模擬體液中增加羧甲基殼聚糖和無定形磷酸鈣成分。能對(duì)脫礦牙體組織起到再礦化作用。

相關(guān)專利提供一種牙體硬組織再礦化的復(fù)合材料，包括模擬體液，在模擬體液中增加羧甲基殼聚糖和無定形磷酸鈣成分。能對(duì)脫礦牙體組織起到再礦化作用。應(yīng)用范圍:可廣泛應(yīng)用于口腔齲病預(yù)防和治療等相關(guān)領(lǐng)域。效益分析:基于相關(guān)專利的牙體硬組織再礦化的復(fù)合材料，具有無毒、無刺激，具有良好的生物相容性和抗菌性的特點(diǎn)，其主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)如下： （1）在模擬體液增加羧甲基殼聚糖和無定形磷酸鈣成分，發(fā)揮作用的活性成分為 CMC-ACP 納米復(fù)合物，能在臨床上取得廣泛應(yīng)用； （2）向復(fù)合材料中加入山梨糖醇，形成含有山梨糖醇的牙體應(yīng)組織再礦化的復(fù)合材料； （3）向復(fù)合材料中加入含薄荷香精的酒精溶液，得到漱口水； （4）對(duì)脫礦牙體組織起到再礦化作用，適用人群范圍較廣； （5）CMC 具有良好的生物相容性和低致敏性，CMC-ACP 對(duì)某些口腔致齲菌有較好的抑制作用，能阻止齲病進(jìn)展。

1.建立正畸生物力學(xué)研究高精度仿真平臺(tái) 研發(fā)"四點(diǎn)彎曲細(xì)胞力學(xué)裝置"（專利號(hào)ZL 01 2 56849.X）和"膜式應(yīng)力-細(xì)胞體外培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)裝置"，建立正畸生物力學(xué)研究高精度仿真平臺(tái)。 2.確定正畸牙移動(dòng)時(shí)牙、牙周膜、牙槽骨應(yīng)力分布 確定牙齒阻力中心，應(yīng)力分布和位移趨勢(shì)，和杭州新亞齒科材料有限公司開發(fā)生產(chǎn)了"HX（華西）直絲弓托槽"。 3.解決了上頜前牽引矯形力牽引方向問題 設(shè)計(jì)建立完整的包括上下頜骨和上下頜牙列的三維有限元模型,精確計(jì)算出上頜復(fù)合體和上頜牙弓阻力中心的三維座標(biāo)位置。 4.明確牙移動(dòng)過程中多種效應(yīng)細(xì)胞的力學(xué)響應(yīng)機(jī)制 明確了多種效應(yīng)細(xì)胞對(duì)力學(xué)刺激的響應(yīng)，豐富了正畸牙移動(dòng)理論。 2001-2008年共發(fā)表論文46篇,被SCI、EI收錄18篇。"四點(diǎn)彎曲細(xì)胞力學(xué)裝置"被10余家單位購買使用， "HX直絲弓托槽"在臨床得到廣泛使用，市場銷量每年逾2萬套，每年為患者節(jié)約矯治費(fèi)用約900萬元，為每名患者縮短矯治時(shí)間3-6月。牙周炎和骨質(zhì)疏松患者正畸牙移動(dòng)研究結(jié)果降低牙齒松動(dòng)、牙根吸收的風(fēng)險(xiǎn)約30%。 課題組多次舉辦全國性正畸提高班和學(xué)術(shù)會(huì)議，在全國各地講學(xué)，培養(yǎng)了近400名正畸醫(yī)生，有力地促進(jìn)項(xiàng)目成果在國內(nèi)的推廣，產(chǎn)生良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

"e-Dog四足仿生機(jī)器人：全球首款可高速奔跑和跳躍的輕量級(jí)電驅(qū)動(dòng)四足仿生機(jī)器人，面向高校和中小學(xué)的教學(xué)培訓(xùn)型四足仿生機(jī)器人系統(tǒng)平臺(tái)，包括軟硬件開源的高性能四足仿生機(jī)器人及相應(yīng)的開發(fā)工具軟件，為國內(nèi)高校和中小學(xué)提供教學(xué)、培訓(xùn)、比賽二次開發(fā)平臺(tái)。機(jī)器人具備卓越的運(yùn)動(dòng)能力，采用國內(nèi)領(lǐng)先的步態(tài)規(guī)劃算法，能夠快速奔跑和跳躍，并具備較強(qiáng)的地形適應(yīng)能力，能夠跨越高臺(tái)、樓梯、溝壑、斜坡等障礙地形。 roboDog如寶機(jī)器狗：國內(nèi)首款具備豐富感知能力，并搭載智慧AI云腦的輕量級(jí)機(jī)器狗。roboDog面向家庭場景，在卓越的運(yùn)動(dòng)性能和地形適應(yīng)能力基礎(chǔ)上，增加了豐富的傳感功能，構(gòu)建了包括視覺、聽覺、觸覺等能力的綜合環(huán)境感知系統(tǒng)以及基于云服務(wù)平臺(tái)的智慧云腦。同時(shí)針對(duì)家庭應(yīng)用場景，為用戶提供了豐富流暢的交互體驗(yàn)。 "

本實(shí)用新型公開了一種軟土層降阻散熱仿生鉆桿，包括安裝板，所述安裝板的中部設(shè)置有貫穿的安裝孔，所述安裝孔的內(nèi)部安裝有豎直的連接軸，所述連接軸的上方延伸至安裝板的頂部設(shè)置有水平的驅(qū)動(dòng)塊，所述驅(qū)動(dòng)塊的頂部中心設(shè)置有固定槽，所述連接軸的下方延伸至安裝板的底部設(shè)置有水平的限位塊，所述限位塊的底部安裝有豎直向下的鉆桿本體，所述鉆桿本體的外側(cè)設(shè)置有螺旋狀的鉆刀片。本實(shí)用新型在使用時(shí)，不但能夠控制鉆桿本體自動(dòng)向下鉆入，節(jié)省人力，且能夠在鉆桿本體鉆入的過程中，增大鉆桿本體的受力面積，降低鉆桿本體鉆入的阻力，并能夠在鉆

本實(shí)用新型公開了一種仿生變結(jié)構(gòu)圓錐螺旋槽軸承。包括軸承主軸和軸承座；軸承主軸與軸承座相配合的一端為圓錐體，在靠近圓錐體的大端面?zhèn)鹊膱A錐面上開有多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽；軸承座與軸承主軸之間充滿潤滑劑。多條變結(jié)構(gòu)螺旋槽為變槽深螺旋槽，或變螺旋角螺旋槽，或變槽寬螺旋槽，或螺旋槽槽深、螺旋角以及螺旋槽槽寬都按線性變化的組合。本實(shí)用新型利用螺旋槽的特殊分布規(guī)律使得軸承在工作中既存在動(dòng)壓潤滑也存在靜壓潤滑，提高了流體潤滑性能，增強(qiáng)了潤滑效果，解決了傳統(tǒng)圓錐螺旋槽軸承在低速時(shí)動(dòng)壓潤滑性能差、摩擦力矩大與磨損嚴(yán)重的問題。減少了軸承主軸與軸承座在工作時(shí)的直接接觸，能長期保持精度，延長軸承的工作壽命。

本項(xiàng)目面向室內(nèi)外環(huán)境下對(duì)目標(biāo)和環(huán)境的可靠快速感知需求，突破高性能主動(dòng)適應(yīng)的混合穩(wěn)像、動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速搜索追蹤、智能探索感知的快速地圖創(chuàng)建和定位與場景理解關(guān)鍵技術(shù)，研制具有高穩(wěn)定性、寬視野功能的仿生眼樣機(jī)一套，可實(shí)現(xiàn)快速追蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境三維建模與場景理解，成果將為機(jī)器人智能化、自主化導(dǎo)航提供主動(dòng)感知的新途徑。重點(diǎn)開展如下研究： 1）具有高穩(wěn)定性、寬視野功能的仿生眼研制 研究仿生眼的結(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)及優(yōu)化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，提出眼球各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)、眼頸協(xié)調(diào)的關(guān)節(jié)配置方案，研究多軸關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)同步控制，研究圖像傳感器、IMU傳感器及RGBD傳感器的硬件高精度同步方法及GPU加速方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高精度時(shí)間同步視覺感知。 2）高性能主動(dòng)適應(yīng)的混合穩(wěn)像算法 針對(duì)圖像抖動(dòng)模糊問題，研究主動(dòng)適應(yīng)的機(jī)電混合穩(wěn)像算法；結(jié)合姿態(tài)反饋信息通過眼頸關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)進(jìn)行適應(yīng)性姿態(tài)調(diào)整去除低頻擾動(dòng)，通過IMU及圖像時(shí)間序列進(jìn)行相機(jī)6D位姿估計(jì)與濾波消除高頻擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)適應(yīng)混合穩(wěn)像算法。 3)動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速搜索追蹤算法 針對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的視覺目標(biāo)，研究基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)和注意力機(jī)制的目標(biāo)跟蹤算法；同時(shí)研究基于眼頸運(yùn)動(dòng)神經(jīng)回路控制機(jī)理的眼頸協(xié)調(diào)優(yōu)化視覺伺服跟蹤算法，使冗余眼頸關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)快速目標(biāo)追蹤。 4）智能快速地圖創(chuàng)建和定位與場景理解 針對(duì)未知場景，基于雙眼RGB圖像序列及深度傳感器信息，生成仿生眼環(huán)境觀測的序列決策指令，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)更快的環(huán)境地圖創(chuàng)建。實(shí)現(xiàn)室外環(huán)境三維建模與場景理解。

本項(xiàng)目面向室內(nèi)外環(huán)境下對(duì)目標(biāo)和環(huán)境的可靠快速感知需求，突破高性能主動(dòng)適應(yīng)的混合穩(wěn)像、動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速搜索追蹤、智能探索感知的快速地圖創(chuàng)建和定位與場景理解關(guān)鍵技術(shù)，研制具有高穩(wěn)定性、寬視野功能的仿生眼樣機(jī)一套，可實(shí)現(xiàn)快速追蹤動(dòng)態(tài)目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境三維建模與場景理解，成果將為機(jī)器人智能化、自主化導(dǎo)航提供主動(dòng)感知的新途徑。重點(diǎn)開展如下研究： 1）具有高穩(wěn)定性、寬視野功能的仿生眼研制 研究仿生眼的結(jié)構(gòu)高動(dòng)態(tài)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)及優(yōu)化的電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，提出眼球各自獨(dú)立運(yùn)動(dòng)、眼頸協(xié)調(diào)的關(guān)節(jié)配置方案，研究多軸關(guān)節(jié)的實(shí)時(shí)同步控制，研究圖像傳感器、IMU傳感器及RGBD傳感器的硬件高精度同步方法及GPU加速方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境的高精度時(shí)間同步視覺感知。 2）高性能主動(dòng)適應(yīng)的混合穩(wěn)像算法 針對(duì)圖像抖動(dòng)模糊問題，研究主動(dòng)適應(yīng)的機(jī)電混合穩(wěn)像算法；結(jié)合姿態(tài)反饋信息通過眼頸關(guān)節(jié)協(xié)調(diào)進(jìn)行適應(yīng)性姿態(tài)調(diào)整去除低頻擾動(dòng)，通過IMU及圖像時(shí)間序列進(jìn)行相機(jī)6D位姿估計(jì)與濾波消除高頻擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)適應(yīng)混合穩(wěn)像算法。 3)動(dòng)態(tài)目標(biāo)快速搜索追蹤算法 針對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的視覺目標(biāo)，研究基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)和注意力機(jī)制的目標(biāo)跟蹤算法；同時(shí)研究基于眼頸運(yùn)動(dòng)神經(jīng)回路控制機(jī)理的眼頸協(xié)調(diào)優(yōu)化視覺伺服跟蹤算法，使冗余眼頸關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)時(shí)間最優(yōu)快速目標(biāo)追蹤。 4）智能快速地圖創(chuàng)建和定位與場景理解 針對(duì)未知場景，基于雙眼RGB圖像序列及深度傳感器信息，生成仿生眼環(huán)境觀測的序列決策指令，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)更快的環(huán)境地圖創(chuàng)建。實(shí)現(xiàn)室外環(huán)境三維建模與場景理解。