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01. 成果簡介 仿生體模從力學、聲學等物理性質上模擬人體軟組織，能夠直觀反映出組織的影像學特征，因此可廣泛應用于超聲設備校準、臨床操作訓練等。針對超聲成像和超聲彈性成像，目前已經發展了一些體模制備方法。為了克服現有技術存在的問題，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）界面強度不夠等問題，本研究經過多年的反復試驗，在理論分析和數值仿真指導下進行實際制作千余次，發展出一種無毒、可降解多功能仿生體模制備技術，所制備的體模性能參數包括但不限于： 體模尺寸：體模最小特征尺寸可從數毫米到數十厘米之間變化，覆蓋各種人體組織的特征尺寸； 體模熔點：體模熔點可在20攝氏度到90攝氏度之間調控，覆蓋腫瘤熱消融時的升溫目標(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。 仿生微結構：體模內部可包含直徑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、神經纖維等結構的軟組織。 可3D或4D打印：實驗表明，本體模材料可作為3D或4D打印的打印墨水，從而打印出具有復雜微結構并可對外界激勵作出響應的仿生體模。      腫瘤仿生體模   皮膚體模 02. 應用前景 臨床醫用軟材料耗材，超聲設備校準、臨床操作訓練等。03. 知識產權 相關成果已申請發明專利保護。04. 團隊介紹 團隊主要研究領域為超聲彈性成像、軟材料和生物材料力學、接觸力學、計算力學等，項目負責人為教授、博士生導師。參與和承擔973、國家自然科學基金重點項目和面上項目等科研項目多項。科研成果發表SCI論文120余篇，申請專利20余項。05. 合作方式 商務合作。06. 聯系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。骨軟骨生物醫學研究日益深入，但另一方面，減少動物的使用又是一個巨大挑戰，也是人類文明進步的趨勢。因應這一挑戰，體外模型，包括多種類器官，被開發出來并用于體外生物醫學研究，有效減少了實驗動物使用數量，并提升了研究的準確性。本項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、準確的研究手段。

"e-Dog四足仿生機器人：全球首款可高速奔跑和跳躍的輕量級電驅動四足仿生機器人，面向高校和中小學的教學培訓型四足仿生機器人系統平臺，包括軟硬件開源的高性能四足仿生機器人及相應的開發工具軟件，為國內高校和中小學提供教學、培訓、比賽二次開發平臺。機器人具備卓越的運動能力，采用國內領先的步態規劃算法，能夠快速奔跑和跳躍，并具備較強的地形適應能力，能夠跨越高臺、樓梯、溝壑、斜坡等障礙地形。 roboDog如寶機器狗：國內首款具備豐富感知能力，并搭載智慧AI云腦的輕量級機器狗。roboDog面向家庭場景，在卓越的運動性能和地形適應能力基礎上，增加了豐富的傳感功能，構建了包括視覺、聽覺、觸覺等能力的綜合環境感知系統以及基于云服務平臺的智慧云腦。同時針對家庭應用場景，為用戶提供了豐富流暢的交互體驗。 "

本實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置有貫穿的安裝孔，所述安裝孔的內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置有水平的驅動塊，所述驅動塊的頂部中心設置有固定槽，所述連接軸的下方延伸至安裝板的底部設置有水平的限位塊，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設置有螺旋狀的鉆刀片。本實用新型在使用時，不但能夠控制鉆桿本體自動向下鉆入，節省人力，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

本實用新型公開了一種仿生變結構圓錐螺旋槽軸承。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側的圓錐面上開有多條變結構螺旋槽；軸承座與軸承主軸之間充滿潤滑劑。多條變結構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。本實用新型利用螺旋槽的特殊分布規律使得軸承在工作中既存在動壓潤滑也存在靜壓潤滑，提高了流體潤滑性能，增強了潤滑效果，解決了傳統圓錐螺旋槽軸承在低速時動壓潤滑性能差、摩擦力矩大與磨損嚴重的問題。減少了軸承主軸與軸承座在工作時的直接接觸，能長期保持精度，延長軸承的工作壽命。

本項目面向室內外環境下對目標和環境的可靠快速感知需求，突破高性能主動適應的混合穩像、動態目標快速搜索追蹤、智能探索感知的快速地圖創建和定位與場景理解關鍵技術，研制具有高穩定性、寬視野功能的仿生眼樣機一套，可實現快速追蹤動態目標，實現環境三維建模與場景理解，成果將為機器人智能化、自主化導航提供主動感知的新途徑。重點開展如下研究： 1）具有高穩定性、寬視野功能的仿生眼研制 研究仿生眼的結構高動態輕量化優化設計及優化的電機驅動方式，提出眼球各自獨立運動、眼頸協調的關節配置方案，研究多軸關節的實時同步控制，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，實現對環境的高精度時間同步視覺感知。 2）高性能主動適應的混合穩像算法 針對圖像抖動模糊問題，研究主動適應的機電混合穩像算法；結合姿態反饋信息通過眼頸關節協調進行適應性姿態調整去除低頻擾動，通過IMU及圖像時間序列進行相機6D位姿估計與濾波消除高頻擾動，實現主動適應混合穩像算法。 3)動態目標快速搜索追蹤算法 針對快速運動的視覺目標，研究基于深度強化學習和注意力機制的目標跟蹤算法；同時研究基于眼頸運動神經回路控制機理的眼頸協調優化視覺伺服跟蹤算法，使冗余眼頸關節實現優化協調運動，實現時間最優快速目標追蹤。 4）智能快速地圖創建和定位與場景理解 針對未知場景，基于雙眼RGB圖像序列及深度傳感器信息，生成仿生眼環境觀測的序列決策指令，實現更優更快的環境地圖創建。實現室外環境三維建模與場景理解。

本項目面向室內外環境下對目標和環境的可靠快速感知需求，突破高性能主動適應的混合穩像、動態目標快速搜索追蹤、智能探索感知的快速地圖創建和定位與場景理解關鍵技術，研制具有高穩定性、寬視野功能的仿生眼樣機一套，可實現快速追蹤動態目標，實現環境三維建模與場景理解，成果將為機器人智能化、自主化導航提供主動感知的新途徑。重點開展如下研究： 1）具有高穩定性、寬視野功能的仿生眼研制 研究仿生眼的結構高動態輕量化優化設計及優化的電機驅動方式，提出眼球各自獨立運動、眼頸協調的關節配置方案，研究多軸關節的實時同步控制，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，實現對環境的高精度時間同步視覺感知。 2）高性能主動適應的混合穩像算法 針對圖像抖動模糊問題，研究主動適應的機電混合穩像算法；結合姿態反饋信息通過眼頸關節協調進行適應性姿態調整去除低頻擾動，通過IMU及圖像時間序列進行相機6D位姿估計與濾波消除高頻擾動，實現主動適應混合穩像算法。 3)動態目標快速搜索追蹤算法 針對快速運動的視覺目標，研究基于深度強化學習和注意力機制的目標跟蹤算法；同時研究基于眼頸運動神經回路控制機理的眼頸協調優化視覺伺服跟蹤算法，使冗余眼頸關節實現優化協調運動，實現時間最優快速目標追蹤。 4）智能快速地圖創建和定位與場景理解 針對未知場景，基于雙眼RGB圖像序列及深度傳感器信息，生成仿生眼環境觀測的序列決策指令，實現更優更快的環境地圖創建。實現室外環境三維建模與場景理解。

大范圍骨缺損的修復是臨床上的難題之一。骨支架具有良好的可設計性，是一種有前途的骨修復材料。目前大部分骨支架生物活性差，骨傳導效率低。電信號是調控機體生物活動的主要信號之一，針對骨骼的電活性特點，我們設計研發了一種仿生多孔羥基磷灰石（HA）/鈦酸鋇（BT）壓電陶瓷骨支架。該支架具有中央大孔和周圍放射層板狀孔隙結構，骨傳導性強；可在體內持續提供電刺激，進一步提高骨傳導效率，擴大骨支架修復范圍，生物相容性好，生物活性強。

近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊通過深入解析生物質微觀結構，提出了一種利用生物質天然納米結構的全新的生物質表面納米化策略，基于這種策略構筑了一種可持續新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯從而構筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學強度，且超越了實木材和傳統人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質材料的應用范圍。另外，其還表現出優異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網絡緊密地結合一起形成高強度的致密結構，而無需添加任何粘結劑。這種結構特征帶來了高達170 MPa的各向同性抗彎強度和約10 GPa的彎曲模量，遠超天然實木的力學強度。此外，新型人造木材還顯示出優異的斷裂韌性，極限抗壓強度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩定性以及優于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結劑，還具有遠超樹脂基材料和傳統塑料的力學性能，因此具有非常廣泛的應用前景。 此外，這種由納米纖維構成的網絡也為制備木基納米復合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網絡當中，可以獲得導電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續的三維網絡，因此其具有比傳統聚合物/碳納米管復合材料更好的導電網絡和更高電導率。基于這種智能人造木材的高導電性，它可以實現傳感、自發熱以及電磁屏蔽等多種應用。這種智能人造木材表現出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標準的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節五號電池的電壓）實現自發熱，可在5分鐘內升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發熱木材可有效地確保自加熱設備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質顆粒表面納米化方法和策略，可用于構筑全生物質，不含任何粘結劑，具有優異的力學性能，可復合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質表面納米化策略也可以擴展到其他生物質（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質的可持續結構材料，將進一步推動人造板行業向綠色、環保和低碳方向發展。

項目成果/簡介:近日，中國科學技術大學俞書宏院士團隊通過深入解析生物質微觀結構，提出了一種利用生物質天然納米結構的全新的生物質表面納米化策略，基于這種策略構筑了一種可持續新型各向同性仿生木材（“RGI-wood”）。該策略巧妙地利用了木屑等生物質中天然的纖維素納米纖維，將其暴露在木屑顆粒表面，并使其互相交聯從而構筑無需任何粘合劑的高性能人造木材。運用這種策略所制備的人造木材在各方向上具有相同的力學強度，且超越了實木材和傳統人造板。這種新型人造木材自下而上的制備方式使其在尺寸上將不受限制，可以克服大塊實木材料的稀缺性，大大拓寬了這類木質材料的應用范圍。另外，其還表現出優異的阻燃性性和防水性。在這種高性能人造木材中，微米級木屑顆粒的暴露著大量的納米尺度的纖維素纖維，這些納米纖維通過離子鍵、氫鍵、范德華力以及物理糾纏等相互作用結合在一起，微米級的木屑顆粒也被這些互相纏繞的納米纖維網絡緊密地結合一起形成高強度的致密結構，而無需添加任何粘結劑。這種結構特征帶來了高達170 MPa的各向同性抗彎強度和約10 GPa的彎曲模量，遠超天然實木的力學強度。此外，新型人造木材還顯示出優異的斷裂韌性，極限抗壓強度，硬度，抗沖擊性，尺寸穩定性以及優于天然木材的阻燃性。作為一種全生物基的環保材料，新型人造木材不僅不含任何粘結劑，還具有遠超樹脂基材料和傳統塑料的力學性能，因此具有非常廣泛的應用前景。 此外，這種由納米纖維構成的網絡也為制備木基納米復合材料提供了一種新途徑。通過將碳納米管（CNT）摻入木屑顆粒間的納米網絡當中，可以獲得導電智能人造木材，因碳納米管能夠在其中形成連續的三維網絡，因此其具有比傳統聚合物/碳納米管復合材料更好的導電網絡和更高電導率。基于這種智能人造木材的高導電性，它可以實現傳感、自發熱以及電磁屏蔽等多種應用。這種智能人造木材表現出了出色的電磁屏蔽性能（X波段超過90 dB），可以滿足精密電子儀器屏蔽標準的要求。這種智能人造木材還可以在1.75 V低電壓下（約等于兩節五號電池的電壓）實現自發熱，可在5分鐘內升至60攝氏度，這種在低電壓下即可自發熱木材可有效地確保自加熱設備的安全性，同時減少能耗。 這項研究提出了一種生物質顆粒表面納米化方法和策略，可用于構筑全生物質，不含任何粘結劑，具有優異的力學性能，可復合的新型人造木材。同時，這種全新的生物質表面納米化策略也可以擴展到其他生物質（例如，樹葉、稻草和秸稈等），并可以實現多功能化，有望用于制造一系列綠色全生物質的可持續結構材料，將進一步推動人造板行業向綠色、環保和低碳方向發展。