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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。

融入空間自由度，力學，生物，仿生步態等諸多跨學科知識。

以酶類結構的金屬卟啉為催化劑，模仿生物氧化歷程，突破溫和條件下高效、專一活化氧氣的技術難 題，實現高附加值含氧有機化物的合成，并致力于實現該技術的工業應用，填補國內外技術空白，從本質 上解決化工領域氧化過程的安全隱患。

本項目設計了一種特殊多連桿機構，能通過腕關節屈伸產生的自身力源，來實現簡單抓取動作的仿人型截肢者用假手。該假手可以用于掌部截肢者，在外觀、結構、運動功能等方面進行了仿人化設計，目的是提供一種接近人體手指正常運動功能的佩戴式機械仿真手指裝置。它不但具備了人體手指的屈伸運動功能，而且還具備了抓握、拿捏功能，其裝置小巧，外形接近人體手指大小，適合佩戴在殘缺了的手上。

模仿動物的仿生機器人為人類探索生命規律、解決相關科學問題提供了新方法和途徑，在管道檢測、地形偵察、家庭服務及教育等方面具備廣闊的應用前景，已被列為各經濟大國國家發展戰略的重要研究方向之一。現有仿生機器人研究取得長足進步，但是在微小尺度內實現多模態運動、多傳感器集成等方面存在諸多挑戰。鼠類兼具體型小巧、姿態多樣、適應性強、社交復雜，為仿生機器人研究提供了很好的創新思路。本課題組以鼠類作為仿生對象，突破了微小型仿生機器人多關節靈巧設計與系統集成關鍵技術，研制成功了集成度高、運動協調能力強的仿生機器鼠，機器鼠具有以下基本特點： 1）在形態及尺寸（188×55×75 mm3）上十分接近真實鼠，擁有類似真實鼠的運動特征，具備12個主動自由度，采用腿足結構，基于行走、小跑、雙足跳躍等步態控制，可以適應多種復雜地形，實現從屈膝到站立、直行、扭轉、匍匐前進等多種仿生運動模擬； 2）通過融合多種材料（硅膠、ABS樹脂）及現代加工方法（線切割、激光加工、MEMS）優化機構設計，高度集成了控制、驅動、無線通訊、感知等模塊，實現了系統設計的高度集成化、小型化、輕量化，所有模塊加在一塊總重量不超過250克； 4）結合視觸覺傳感系統，研制出了rat-brain控制系統，利用AI技術可識別當下環境中的物體，感知觸碰物體表面的粗糙度及紋理特征，以及即時定位與地圖重建。利用無線通信技術，在保證控制實時性的同時，可通過多機器鼠集群控制實現大規模在線任務規劃。

1、具有多項深海機器人自主知識產權 2、模仿藍鰭金槍魚，具備水下600米的作業能力

仿生機器人技術是近年來機器人方面最熱門的研究領域之一，通過借鑒自然生物的構造、機理與表征特性，探索機器人設計和控制的未知，不斷創新探索機器人研究的全新可能性。 仿生機器人技術研究涉及軟材料、機構設計、仿生學、微電子、控制和計算機科學等多個相關學科。在水下研究領域，仿生機器魚不使用傳統的螺旋槳推進，而是采用仿生的擺尾推進方式，噪音低、能耗低，不污染環境，在水下監測、水下安全和生物科學研究

一、 項目簡介電磁生物效應主要研究生物體在電磁場下所產生的與生命現象有關的響應。實驗室建立了工頻電磁場環境、特高壓輸電環境等電磁生物效應研究平臺，開展了工頻強磁場對正常細胞和腫瘤細胞的作用影響、特高壓輸電對生物體的作用研究，進行動物實驗，研究電磁場對生物體細胞和組織器官的影響。實驗室開展了人體植入器件無接觸能量傳輸研究，建立了小型無線傳能實驗系統，實現了系統的微型化，并對系統工作時對人體產生的生物效應進行了研究。二、 項目技術成熟程度電磁仿生屬于功能仿生，集電路設計、電磁兼容與防護、電磁生物效應、仿生技術于一身，研究和模擬生物體的結構、功能、行為及其調控機制，為工程技術提供新的設計理念、工作原理和系統構成。實驗室開展了基于仿生原理的電磁防護自修復技術的攻關研究。通過研究生物體電磁信息傳遞及抗擾機理，建立電磁仿生防護模型，探尋從模型到電路設計的領域轉換方法，為實現復雜電磁環境下電子系統的仿生防護奠定基礎，該研究獲得總裝備部“十二五”預研項目“XXXXX”資助。三、 技術指標（包括鑒定、知識產權專利、獲獎等情況）近年來完成河北省自然科學基金重大項目1項，承擔其它省部級項目5項，發表論文數十篇，其中大部分被SCI、EI檢索，申請專利2項，已批準1項。四、 高清成果圖片3-4張小型無線傳能系統實驗平臺

本發明涉及一種基于仿生原理的打結機構，主要由固定架、打結固定架、繞線裝置、打結裝置、打結驅動裝置、繞線驅動裝置和動力傳輸裝置組成。繞線裝置和打結裝置平行設置，保證動力傳輸穩定性，通過兩者與送繩機構的協調配合，提高打結成功率；動力傳輸裝置采用多路線動力傳輸機構，通過錐齒輪圓盤與錐齒輪傳動、錐齒輪與直齒輪傳動、齒條與繞線器直齒輪和打結指直齒輪傳動，傳動實現動力傳輸的多路線動力的間歇性、同步傳動；打結裝置的打結舌與打結指鉸接，打結壓板控制打結指與打結舌張開與閉合的大小，進而實現捆繩的打結與脫扣作業。該打結機構基于仿生原理，實現對秸稈的整稈打捆作業，大大提高秸稈打捆打結效率，降低農業用工成本。