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基于事件驅動方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場景的拍攝 一、項目分類 關鍵核心技術突破、顯著效益成果轉化 二、成果簡介 隨著虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和混合虛擬增強現實（MR）技術、自動駕駛、物聯網以及機器視覺等領域的飛速發展，對圖像傳感器的采集速度提出了更高的要求。傳統基于“幀”掃描形式的CMOS 或 CCD 圖像傳感器較難滿足高速運動物體的拍攝需求，若提高相機的圖像采集幀率，則需要采用高性能且結構復雜的模數轉換器，大量的圖像會帶來較大的數據冗余，此外，也會面臨功耗高的問題。 相比于傳統的光電和圖像傳感器，生物視網膜具有許多不可比擬的優勢。視網膜中的光感受器可根據外界光強的變化自適應調節增益，能夠感知超過 180dB 的光強范圍。另外，視網膜基于事件驅動式的采集方式，僅輸出場景中光強發生變化的信息，因而，能夠濾除低頻信息帶來的冗余。在信號處理和傳輸上，采用異步通信的方式，通過神經節細胞將光強信息轉換為時空脈沖信號，實現低功耗。 受到生物視網膜的啟發，研究人員提出了基于事件驅動方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場景的拍攝。該類傳感器多采用對數像素電路作為光強探測單元，因其動態響應范圍寬，可隨機讀取。然而，對數電路在弱光環境下靈敏度低，幾乎沒有光響應，即仍然無法模仿視網膜弱光下的高靈敏度，除此之外，其輸出受到 (Fixed Pattern Noise，FPN)的影響，降低了圖像質量。 我們提出了一種兼容 CMOS 工藝的光敏二極管體偏置場效應晶體管器件(PD- body biased MOSFET，簡稱 PD-MOS)，其結構圖和等效電路如圖 1所示。 利用 PD 的感光特性以及 MOSFET 的正向襯底偏置效應實現集成光強探測及信號放大于一體的光電器件。該器件可解決對數電路在弱光下靈敏度低的問題，并且提出了一種明暗傳感器的方案以降低噪聲。設計成像測試方案并搭建靜態圖像采集測試系統，實現靜態顯示，通過 MTALAB 進行圖像恢復從而實現動態圖像顯示功能。   圖 1 (a) PD-MOS 器件結構及其 (b) 等效電路圖 經過商用 180nm CMOS 工藝流程制備后的器件概貌如圖 2 所示，圖 (a) 為三種不同像素設計的芯片實物圖，從上至下分別為環形結構、條形結構及對數像素電路，將其中的環形結構在顯微鏡下放大觀察可看到圖 (b) 所示的形貌，圖 (c) 為4個像素的顯微圖。   圖 2 (a) PD-MOS 成像陣列芯片的實物圖，(b) 環形結構芯片在顯微鏡下的放大圖以及 (c) 環形結構像素放大圖 上位機實時顯示效果如圖3所示，可以明顯看出兩根頭發相交。子圖 (a) 為暗態時的 100 幀平均灰度圖，子圖 (b) 為暗態時的曲面圖，子圖 (c) (e) (g) (i) 為光態下的圖，子圖 (d) (f) (h) (j) 為光態下的圖像數據減去暗態下圖像數據的降噪圖，可以發現在30nw/cm2 輻照度下已經出現頭發的輪廓，當輻照度繼續增加，頭發的輪廓越來越清晰，當輻照度達到 3mw/cm2，仍然可以看到頭發的輪廓。   圖 3 陣列芯片采集的圖像 不同于傳統計算機視覺系統的圖像采集方式，生物視覺系統的成像由視野場景中發生的事件觸發，且生物視網膜具有寬動態響應范圍、超低功耗以及異步傳輸等特點，這為仿生視覺系統的研究提供了全新的思路。隨著物聯網、自動駕駛以及安防等領域的快速發展，它們對高速動態圖像傳感器的需求也日益提升。近些年，針對這些需求，研究人員提出了一種用于采集高速動態信息的類視網膜相機，成為了一大熱點研究方向。類視網膜相機的工作原理模擬了生物視網膜事件驅動型的采集方式及異步型的傳輸模式，為動態視覺成像提供了硬件基礎。綜上，該類傳感器的研究具有十分重要的科研意義和深遠的經濟價值。

解剖結構正確，體表骨性標志清楚，關節運動靈活，可添加或替換不同的穿刺模塊，可進行腰椎穿刺、髂前上棘骨髓穿刺、胸腔穿刺、腹腔穿刺、靜脈穿刺等操作訓練。適用于臨床醫學本科生實習示教、住院醫師培訓等。 可根據用戶需求在此模型身上添加新的穿刺模塊。 注：模型充分體現經濟價值性，行穿刺功能同時，還可定制克雷氏骨折、根骨骨折等全身各處骨折形式。

項目成果/簡介:壓電駐極體是具有強壓電效應的柔性駐極體材料，因其表現出“類鐵電性”和，也稱為鐵電駐極體，是一類新型的人工智能和新能源材料。它的壓電性源于雙極性空間電荷在聚合物基體上的取向排列，以及材料特殊的微孔結構。壓電駐極體膜是具有強壓電效應的新型柔性壓電功能膜，與傳統壓電材料的壓電效應起源有本質區別。 與壓電陶瓷和傳統的鐵電聚合物（例如聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物）相比較，壓電駐極體具有一些獨特的性能：壓電駐極體在提高壓電活性的同時還擁有聚合物的高柔韌性、薄膜型（厚度可低至40μm）、超輕（體密度可低至330kg/m3）、低成本、低電容率、可大面積成形，以及低聲阻抗（0.03MRayl）等特點。經過特殊工藝制備的壓電駐極體薄膜的準靜態壓電系數d33高達1000pC/N，這一數值遠遠高于PVDF（約25 pC/N）及其共聚物P(VDF/TrFE)。因此，壓電駐極體組合了壓電陶瓷和鐵電聚合物薄膜各自的優點，在國防、醫療、航空航天、綠色能源（例如寬頻帶振動能量采集器、生物運動能量采集、海浪發電等）、控制、通訊（例如自供能微型無線傳感網絡）、智能結構、電聲換能器、空氣耦合超聲換能器等領域有廣闊的應用前景。應用范圍:柔性薄膜傳感器、結構健康監測、人體健康監測、無損檢測、觸覺傳感器、電子肌膚、聲吶、空氣耦合超聲波換能器、微能量采集器等多個領域。項目階段:小規模生產效益分析:目前芬蘭的Emfit公司是唯一能夠大批量生產聚丙烯（PP）壓電駐極體功能膜的生產商，采用的技術主要由兩部分構成：微孔結構薄膜制備和電極化處理。在微孔 薄膜制備階段，首先將聚丙烯樹脂與無機礦物顆粒（例如CaCO3和TiO2）熔融共混，然后擠出成聚丙烯-礦物顆粒復合薄板，最后雙向拉伸形成微孔結構的薄膜。在電極化處理階段采用電暈極化方式。而我們擬采用的技術是：以低廉價格的商品聚丙烯包裝材料為原材料，采用具有自主知識產權的多次壓縮氣體膨化工藝調控薄膜微結構和機電性能，獲得高活性聚丙烯壓電駐極體膜。利用該技術生產出功能薄膜的活性遠高于芬蘭商品膜，最高可達50倍。

?成果與項目的背景及主要用途：用于 CO2 分離的膜技術在天然氣、沼氣的 凈化，三次采油中的 CO2 回收，密閉空間中的 CO2 脫除以及減輕溫室效應等領 域有廣闊的應用性前景。與傳統的 CO2 分離技術相比，膜分離方法具有投資少， 能耗低，環境友好，設備簡單緊湊、節約空間、高效靈活、易于操作等優點，而 且 CO2 濃度越高，膜法分離越經濟，即使 CO2 濃度低于 5%，用膜法的費用也 僅為吸收法的 64.7%。 18天津大學科技成果選編 19 可以用于脫除酸性氣體的膜主要有液膜、無機膜和高分子膜，實際應用中滿 足氣體分離要求的目前只有高分子膜。但普通的高分子膜也存在高的滲透性和選 擇性不能兼得的缺點。含有固定載體的促進傳遞膜兼具液膜和普通高分子膜的優 勢，能同時具有高的分離系數和透過速率，而且穩定性好，是一類很有發展前途 的氣體分離膜，已引起國際上研究者們的極大關注。 技術原理與工藝流程簡介：本研究成果合成了幾種對 CO2 具有促進傳遞作 用的固定載體膜材料，通過載體與 CO2 的相互作用促進 CO2 在膜內的傳遞，因 而具有較高的滲透選擇性。同時由于載體是以化學鍵固定在高分子上，因此具有 很好的穩定性。 本成果以自主開發的固定載體膜材料為分離層，以多種材質的超濾膜為基膜， 制備了用于 CO2 分離的固定載體復合膜。所研制的復合膜，其 CO2/CH4 透過分 離性能處于世界領先水平。 技術水平及專利與獲獎情況：所制備的固定載體復合膜 CO2/CH4 分離因子 可達 100～300，CO2 滲透速率可達 10-6～10-5 cm3(STP)/cm2·s·cmHg。 本研究成果共獲得發明專利 3 項，分別為： 1. 用于酸性氣體分離的固定載體復合膜制備方法（專利號：ZL02148632.8） 2. CO2 氣體分離復合膜的制備方法（專利號：01144974.8） 3. 用于分離酸性氣體的固定載體復合膜制備方法（專利號：ZL02158530.X） 本成果與所在課題組其他成果一起，獲 2004 年度天津市自然科學獎一等獎 應用前景分析及效益預測：本研究成果所開發的 CO2 分離膜制備技術其經 濟效益是明顯的。首先，采用 CO2 膜分離可以降低我國能源生產的成本。我國 目前的天然氣產量已經超過 300 億 m3，若其中的 10%以膜分離方法來進行凈化， 則需要約 12 萬 m2 的膜才能滿足需要，與傳統方法相比每年可節約 4000 萬元。 此外，由于可持續發展和環境保護的需要，采用城市生活垃圾和其他工業垃圾生 產沼氣近年來得到了迅速發展。至今，我國已建設了大中型沼氣池 3 萬多個，總 容積超過 137 萬 m3，年產沼氣 5.5 億 m3，采用膜分離技術處理這些沼氣也需要 大量的 CO2 分離膜。最后，隨著海上油氣資源的開發以及農業生產中氣肥的大 量使用，對 CO2 分離膜的需求和產生的效益也很大。天津大學科技成果選編 應用領域： 1. 天然氣、沼氣的凈化； 2. 三次采油中的 CO2 回收； 3. 密閉空間中的 CO2 脫除； 4. 農業生產中氣肥的使用。 該項目需要以下條件： 1. 聚合物合成的相關設備及原料：反應釜，冷卻裝置等。 2. 復合膜加工設備及原料：涂膜機，干燥器，膜交聯設備，交聯劑等。 3. 膜組件加工設備及原料。 4. 需要廠房面積大于 1000m2。 合作方式及條件： 由天津大學提供膜材料合成、復合膜制備、交聯等相關技術，由合作方提供 廠房、設備、原材料及相關的人員配套。 

膜法口罩的核心是高性能空氣凈化膜材料，該材料具有由納米纖維構成的三維類蜘蛛網結構，形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范圍內，能有效過濾99%以上的非油性顆粒，有效攔截各種固體氣溶膠、飛沫和病毒，同時具有良好的透氣性，不會產生呼吸的不適感。空氣凈化膜材料除了可用于制作口罩外，還可以用于空氣凈化器、醫療防護服等領域。基于膜材料制作的防護服，具有良好的抗菌拒水性能，是醫療防護中等級最高的醫用防護服，它的特點是人體的汗氣可以向外散發，而外面的水和細菌病毒等不能進入，且具有優異的耐老化、耐消毒等性能，可經常消毒殺菌。 在工業領域空氣凈化膜用于煙塵的超低排放控制，已經推廣應用了上百套工程裝備，產生經濟效益二十多億元，先后獲得中國石油和化學工業聯合會技術發明一等獎、中國膜工業協會科學技術一等獎、侯德榜化工科學技術青年獎等獎勵。?????以空氣凈化膜為核心濾材的5萬口罩已經在南京市江北新區、浦口區多家政府機構、江蘇省膜產業園入園企業等上百家單位使用，為堅持在防疫一線工作的人員提供了有力保障。在南京市政府召開的防疫物資主題會議上，空氣凈化膜技術受到了南京市工信局、科技局等部門的高度重視，。

壓電駐極體是具有強壓電效應的柔性駐極體材料，因其表現出“類鐵電性”和，也稱為鐵電駐極體，是一類新型的人工智能和新能源材料。它的壓電性源于雙極性空間電荷在聚合物基體上的取向排列，以及材料特殊的微孔結構。壓電駐極體膜是具有強壓電效應的新型柔性壓電功能膜，與傳統壓電材料的壓電效應起源有本質區別。 與壓電陶瓷和傳統的鐵電聚合物（例如聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物）相比較，壓電駐極體具有一些獨特的性能：壓電駐極體在提高壓電活性的同時還擁有聚合物的高柔韌性、薄膜型（厚度可低至40µm）、超輕（體密度可低至330kg/m3）、低成本、低電容率、可大面積成形，以及低聲阻抗（0.03MRayl）等特點。經過特殊工藝制備的壓電駐極體薄膜的準靜態壓電系數d33高達1000pC/N，這一數值遠遠高于PVDF（約25 pC/N）及其共聚物P(VDF/TrFE)。因此，壓電駐極體組合了壓電陶瓷和鐵電聚合物薄膜各自的優點，在國防、醫療、航空航天、綠色能源（例如寬頻帶振動能量采集器、生物運動能量采集、海浪發電等）、控制、通訊（例如自供能微型無線傳感網絡）、智能結構、電聲換能器、空氣耦合超聲換能器等領域有廣闊的應用前景。

華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室王小英教授團隊提出一種由天然高分子和無機材料納米雜化獲得的冠狀病毒防護材料，實現快速成膜，在口罩和防護服的最外層形成一層具有抗菌抗病毒效果的透氣防護層。此外，針對醫護人員長期帶口罩而產生的疼痛、麻木、壓紅，甚至破損等問題，使用改性天然高分子和無機抗菌材料復合的超薄海綿作為防護夾層，實現集抗細菌感染、快速愈合和平衡修復為一體的創面修復，該技術已與北京大學口腔醫院、南方醫科大學南方醫院、廣州華僑醫院等多家醫院開展了合作研究。 團隊研發的超薄海綿防護夾層點擊查看原文

智能隔熱調光復合膜，是將液晶和聚合物結合而成的一種具有電光響應特性的膜材料，它主要工作在散射態和透明態之間。 智能隔熱調光復合膜研發團隊立足地域優勢與獨特的人才優勢，與江蘇柏鶴化工集團開展了長期的戰略合作，研發團隊利用多年的研發經驗，構建了智能隔熱調光復合膜研發平臺，通過多年的合作，構建了一條產學研的聯合道路，開創了雙贏的局面。 研發團隊通過多年實驗探索，制備出低驅動電壓、高對比度、耐黃變性能優異的智能隔熱調光復合膜，有著優良的光學性能和極強的實效穩定性。 目前智能隔熱調光復合膜開始邁向批量生產階段，可替代進口產品。 主要技術指標： 應用范圍： 電致變色智能窗在電場作用下具有光吸收透過的可調節性，可選擇地吸收或反射外界的熱輻射和阻止內部熱擴散，減少辦公大樓和民用住宅等建筑物在夏季保持涼爽和冬季保持溫暖而必須耗費的大量能源。同時，也起到改善自然光照程度、防窺、防眩目等作用。可減少室外遮光設施、滿足現在建筑物采光和美觀的需要，解決現代不斷惡化的城市光污染的問題。此外，電致變色智能窗在飛機、汽車等方面也有很大的應用前景。 以建筑行業為例，我國建筑能耗占社會總能耗的三分之一以上，引起的溫室氣體排放率已達到25%。通過窗玻璃的熱交換在夏天和冬天分別占到總能量交換的71%和48%，是外圍結構中最突出的能耗“集散地”。若合理利用智能隔熱調光復合膜，民用建筑和公共建筑可分別節能約20%和12%，市場需求巨大。

本項目選擇化學穩定性強的聚合物制造中空纖維膜底膜，通過合理的鑄膜液配方與紡絲工藝設計，使膜絲呈完整非對稱性結構，既具有良好的分離精度，又有較大的滲透通量。進一步地，通過特殊的涂覆工藝，將PDMS或類似的耐溶劑物質涂覆到中空纖維底膜的孔壁上，最終形成耐溶劑效果優越的中空纖維復合膜。在進行組件封裝時，也選用耐溶劑類型的膠水澆鑄組件，確保產品能長期應用于有機溶劑體系的除雜凈化或溶劑回收。

平板膜生物反應器的性能指標全部達到上述“膜生物反應裝置”的界定描述條件要 求。 利用自主研制的核心膜組件、膜單元、膜支架，及相應的平板膜生物反應器設計、 運行調試技術，課題組已經建立了兩個示范工程，其中，白龍港水質凈化廠中的中水回 用項目為目前報道的國內最大平板膜生物反應器應用項目。 課題組為目前國內唯一掌握平板膜生產、平板膜組件制作、膜組件性能評價、膜生物反 應器設計、污水處理整體工藝流程設計、膜生物反應器調試、清洗和運行管理整套技術 的單位。