在中加国际科技合作、自然科学基金中德基金、总装预研基金等的资助下，开展以可穿戴计算、工业无线传感器网络、身体传感网络、感知计算等前沿技术为核心的研究工作，并面向老年健康、工业物联网、移动增强现实等领域研究实用化技术和产品装置，具体包括： 1） 工业物联网应用：开发了一系列符合IEEE 802.15.4/Zigbee、Wireless HART等无线传感器网络标准的微型化传感节点、模块、网关，以及相关的协议栈源码。 图1 工业物联网 2） 健康应用：主要面向安全、健身、医疗等健康应用，研发超低功耗、无障碍、可长期持续穿戴应用的智能腕带（腕表）、腰带（腰挂、腰带扣）、胸带等各类形态的健康装置，开发运动统计、跌倒预警和检测、睡眠监测、多生理参数监测等产品应用

已有样品/n脑卒中（中风）已经成为我国致死率第一的疾病。中国目前已经有1100万的脑卒中病人，而根据世界银行对中国慢性病调查和分析，他们认为如果中国现在慢性病控制的这些状况不改变的话，到2030年中国将会有 3100万的脑卒中病人。。脑卒中病人由于肌力及肌张力异常，平衡及协调能力受限，从而严重影响病人的步行功能。研究表明，40-73%的居家脑卒中病人发生跌倒，比健康人群跌倒风险增加4倍，髋骨骨折风险增加10倍。因此，帮助脑卒中病人恢复行走能力是脑卒中康复的工作核心，而步态作为直接反映行走能力的重要指

项目成果/简介:世界上有数以百万的语言障碍患者，其中有的是由于先天缺陷导致其存在语言功能障碍，也有的是后天的一些疾病致使其丧失语言功能，语言功能障碍给他们的生活带来了极大的困难和不便。电子人工喉是一种简易的语言康复方法，其通常需要安装在口内喉部，由肺部发出的气流经过舌、唇的调制，引起人工喉膜片振动，使其发出语音信号。然而，现有电子喉助音器无法清晰还原患者声音，发音模糊，训练周期长，并且需要患者自己手持助

本发明公开了一种可穿戴式助力外骨骼下肢机构的控制方法，该方法首先通过实时控制器检测到脚底压力传感器信号，并判断助力外骨骼下肢机构是处于摆动还是支撑状态，根据所处的状态选择采集腰部上或小腿上的多维力传感器的信号；实时控制器将多维力传感器接触点的力转换为该点期望的速度，通过运算进而得出髋关节和膝关节的期望角度；实时控制器通过采集运算旋转编码器的角度信息，输出控制电液伺服阀的电压信号；伺服阀放大板将该电压信号转化为电液伺服阀的电流信号；电液伺服阀根据电流信号的大小，实现对流入液压缸流量的控制，进而实现液压缸活塞位置的控制；本发明在人机间交互问题上有效、可靠，并具有对人体运动意图快速响应的特点。

本发明公开了一种可穿戴式助力外骨骼上肢机构的控制方法，该方法包括以下步骤：(1)该方法首先采集小臂上的多维力传感器的信号；(2)实时控制器将多维力传感器接触点的力转换为该点期望的速度，通过运算进而得出肩关节和肘关节的期望角度；(3)实时控制器根据PID算法，运算并输出控制电机的电压信号；电机驱动器将该电压信号转化为控制电机的电流信号；大臂电机和小臂电机根据电流信号的大小，实现对肩关节和肘关节运动角度的控制，进而实现上肢大小臂位置的控制；本发明在人机间交互问题上有效、可靠，并具有对人体运动意图快速响应的特点。

01. 成果简介 世界上有数以百万的语言障碍患者，其中有的是由于先天缺陷导致其存在语言功能障碍，也有的是后天的一些疾病致使其丧失语言功能，语言功能障碍给他们的生活带来了极大的困难和不便。电子人工喉是一种简易的语言康复方法，其通常需要安装在口内喉部，由肺部发出的气流经过舌、唇的调制，引起人工喉膜片振动，使其发出语音信号。然而，现有电子喉助音器无法清晰还原患者声音，发音模糊，训练周期长，并且需要患者自己手持助音器于喉部，造成极大不便，所以亟需便于失语者携带、操作简单、性能优异的新型人工喉的器件及系统研究。 本成果团队研究的第二代石墨烯智能人工喉（WAGT）在器件柔性可贴附、声音收发系统集成、动作监测系统、轻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贴合人体皮肤的纹身式薄膜作为衬底，无需胶带粘贴，可直接贴敷在人体喉咙，极大地提高了佩戴舒适感；其次，第二代石墨烯智能人工喉在收发声系统方面有了双重突破，实现了石墨烯的器件级应用至系统级应用的跨越。通过专用电路对声音信号的放大和转换，第二代石墨烯智能人工喉首次将收声系统和发声系统连接起来，实现了声音输入到输出的闭环，并可以通过示波器实时观测喉部运动情况。接着，通过与单片机的结合，该器件可以将人体喉部的不同动作“翻译”成不同的声音，实现了动作发声系统。通过连接解码器，该器件还可以播放任意音乐。最后，第二代石墨烯智能人工喉系统可通过臂包穿戴在胳膊上，首次实现了石墨烯人工喉的可穿戴功能。未来将进行体积更小及功能更多的集成，有望实现像“创可贴”一样贴附在人体喉部并帮助失语者“开口说话”。图1. 可穿戴的第二代智能石墨烯人工喉系统02. 应用前景 第二代智能石墨烯人工喉集收声和发声于一体，可直接贴附于失语者喉部，并将喉部的不同动作转化为对应声音，有望帮助失语者正常与他人“交谈”。在未来，该器件将与声纹识别、机器学习等技术结合，在语音识别、家庭医疗等领域具有广阔前景。03. 知识产权 已获得国家发明专利授权2项。04. 团队介绍 本成果项目团队负责人为任天令教授，清华大学信息科学技术学院副院长，教育部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，清华大学环境与健康传感技术研究中心副主任。担任IEEE电子器件学会副主席（中国大陆首次）、国际微电子领域顶级学术会议IEDM执委（中国大陆首次）、IEEE电子器件学会教育委员会主席（中国大陆首次）、中国微米纳米技术学会理事等。近年来，承担国家自然科学重点基金、国家重大科技专项、国家公益性行业科研专项、国家重大仪器专项、国家863计划、国家973计划等多项国家重要科技项目，做出一系列具有重要国际影响的创新学术成果。主要研究方向为智能微纳电子器件、芯片与系统，包括：智能传感器与智能集成系统，二维纳电子器件与芯片，柔性、可穿戴器件与系统，智能信息器件与系统技术等。在国内外重要学术期刊和会议发表重要SCI期刊论文400余篇，国际微电子领域顶级学术会议IEDM论文11篇；获国内外发明专利70余项，入选2018年爱思唯尔（Elsevier）“中国高被引学者”（微电子领域唯一入选者）。获2018年电子学会自然科学一等奖，“石墨烯智能人工喉”荣获科技导报评选的2017“中国十大重大技术进展”，“人工智能微纳电子器件”荣获2017“清华大学十大重大学术成果”，石墨烯“人工喉”在2018年全国科技活动周被评为“最受公众喜爱项目”，还入选2018年中国国际智能产业博览会十大“黑科技”创新产品（从1082项创新产品中脱颖而出）。团队成员有副教授、助理教授、助理研究员等7人。05. 合作方式 技术许可。06. 联系方式 邮箱：qyc16@mails.tsinghua.edu.cn、liuyi2017@tsinghua.edu.cn

全球变暖造成植物向高纬度扩张。在此背景下，植物-土壤反馈在植物扩张过程中的变化以及对植物扩张的影响并不清楚。该研究以北美东海岸黑红树向北扩张入侵本地互花米草群落为研究背景，发现互花米草群落的土壤能显著降低黑红树的低温耐受力，并且能显著抑制黑红树与暗隔内生菌（DSE，dark septate endophyte）的结合。暗隔内生菌被认为是一类能提高植物低温耐受力的有益真菌。该研究认为随着北美东海岸极端低温事件频率的减少，黑红树在互花米草群落的多度增加，削弱了互花米草群落土壤对黑红树低温耐受力的负效应（如上图），从而提高了黑红树的低温耐受力，并最终成功取代互花米草。       该研究揭示了北美东海岸黑红树向北扩张入侵本地互花米草群落的新机制；证明了全球变暖背景下，植物-土壤反馈是影响植物向高纬度扩张的重要原因之一；为研究全球变化下物种重新分布提供了理论支持。

视觉扫描建模：研发形成基于子地图的大尺度环境扫描建模，实现了多人协同的多阶段地图创建、拓扑-语义地图描述、无须标记点的设备对象外观稠密扫描建模。 人员综合定位：引入深度学习技术，在不需要部署额外设备、不依赖GPS信号的环境下，研发形成了基于视觉/惯导的人员综合定位系统，实现了未知环境下同时建图与定位（SLAM）、可达80m×80m室内外环境下分米级人员定位。 增强现实作业辅助：结合分层地图描述、数字化作业指导卡与作业人员定位等核心技术，配合头戴式AR智能眼镜/便携式移动终端，研发了含前后台通信结构的多人协同作业指导、作业人员安全管控、巡检路径校核、可视化装配引导等关键应用技术，形成了智能化电力运维检修、应急演练作业人员的新工作模式。