研究团队多年来聚焦在湿环境下具有高延展性的扇贝足丝，克服了天然材料提取表征困难等技术难题，从扇贝足丝蛋白中首次报道了一种具有高延展性的纤维蛋白材料Sbp5-2，并联合开展了材料组装机制及应用研究，该研究加深了对蛋白基海洋生物材料组装分子机制的认识，为未来开发具有自主知识产权的新型海洋生物医用材料奠定了基础。

近日，清华大学航院、柔性电子技术研究中心冯雪教授课题组在《国家科学评论》（National Science Review）在线发表了题为“可抑制运动噪声的类皮肤可穿戴连续血压监测系统”（Wearable skin-like optoelectronic systems with suppression of motion artifact for cuff-less continuous blood pressure monitor）的论文，描述了课题组制备的一种柔性超薄光电传感器件与电路系统，能够自然贴附在人体皮肤上实现医学意义上的连续血压和血氧测量，并实时无线传输数据到智能设备终端。该系统利用类皮肤可延展传感技术建立了新型连续血压测量方案，为解决血压和血氧长期动态监测提供了一条新途径。同时，此类柔性可穿戴设备是远程医疗的重要突破，能够为远程监测提供医疗级硬件，解决精准医疗数据远程获取难题。 类皮肤连续血压监测系统示意图 心血管疾病及其相关并发症已经成为威胁人类生命和健康的重大隐患。根据世界卫生组织（WHO）估计，每年大约有1790万人死于心血管相关疾病，占全球死亡总数的31％。目前，最常用的血压测量方案为袖带加压法。该方法需要袖带捆绑在人体手腕或手臂处，测量过程不方便，也无法实现连续血压监测，影响个人的生活质量和自我监测长期依从性，在便利性及连续测量等关键问题上仍未突破。 类皮肤血压监测器件实物图 针对上述问题，冯雪教授课题组发展了基于光学原理的血压监测方案，利用生物兼容性材料制备了可以与人体自然共形贴附的光电系统。通过测量血液对不同波长的光波吸收情况，判断血液的容积和流速变化，从而测量出血氧和血压值。 冯雪课题组结合多年的力学研究基础和可延展柔性电子器件设计经验，通过虚功原理建立了专门应用于柔性光电子系统的血压测量模型，并提出了基于多波长测量的光路差分方法，用来抑制由人体活动等带来的噪声干扰，从而精确测量脉搏波播速，实现连续血压的精确监测并动态实时传输到智能终端。临床试验表明，与有创连续血压测量相比，该类皮肤血压监测系统测量的血压值绝对误差小于10 mmHg，具有重要的临床应用价值。 清华大学冯雪课题组长期致力于研究可延展／超柔性等超常规微器件与大规模集成技术，所发展的柔性电子技术应用于健康医疗、智能感知及重大装备，近年来在《科学进展》（Science Advances）、《先进材料》（Advanced Materials）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《力学和固体物理学期刊》（Journal of the Mechanics and Physics of Solids）等期刊发表一系列高水平论文。 航院、柔性电子技术研究中心李海成博士为文章第一作者，冯雪教授为论文通讯作者，参与该工作的还有北京清华长庚医院许媛主任团队。该项研究得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）、国家自然科学基金等的资助。

模拟人体外皮模块，采用高分子生物仿真材料，真实还原人体表皮、真皮、皮下组织等，设计可替换耗材模块，操作手感真实。适用于消毒、切开、缝合、打结等外科手术学基本操作训练。

研究团队基于cGAMP设计制备了一种肺部仿生纳米颗粒（PS-GAMP）来模拟流感病毒肺部感染，发现其能够在不破坏肺部表面活性剂（PS）和肺泡上皮屏障（AEC）的情况下，激活AMs和AECs，促进疫苗产生高效的体液和CD8+ T细胞保护性免疫反应，以抵抗多种异型流感病毒的攻击。研究结果提示AECs在产生广泛的交叉保护以抵御各种流感病毒方面具有十分重要的作用，表明PS-GAMP可能是一种“通用”流感疫苗的潜在粘膜佐剂。

一种含通道的仿生结构及其电磁力训练装置和方法，属于生物组织工程机生物医疗器械领域。本发明使用电磁场力训练装置在体外训练含通道的、多功能和多系统的三维仿生结构。该通道在结构主体上呈两端通孔、两端盲孔或一端盲孔一端通孔状态，通道之间相交、平行、共线或异面。本发明将仿生结构在电场、磁场或复合电磁场中训练或脉动培养，使细胞在微流体通道中逐层定向排布。该结构至少含一种细胞；通道外壁、内壁或通道孔内至少分布有一种细胞。所述仿生结构主体为细胞和天然高分子水凝胶的混合物。所述多通可具备循环、神经和免疫功能。

一种欠驱动的仿生四足机器人，属于仿生机器人领域，解决现 有仿生四足机器人腿部的质量和转动惯量过大的问题，同时减小与地 面碰撞产生的能量损失，增加腿的柔顺性。本发明由机身以及前左腿、 前右腿、后左腿、后右腿组件构成，前左腿、前右腿、后左腿和后右 腿组件的结构相同，前左腿、前右腿组件左右对称、分别连接于机身 前部的左右两侧，后左腿、后右腿组件左右对称、分别连接于机身后 部的左右两侧。本发明驱动电机都布置在机身上，减小了腿部的质量 和转动惯量，提高机器人运动速度；通过拉线方式实现膝关节和踝关 节联动，减小了主动电机的数量；腿部拉簧顺应机构和踝关节处扭簧， 可以降低与地面碰撞带来的能量损失，提高能量的利用效率。 

仿生飞乌贼软体跨海空航行器首次提出软体跨海空航行理念 仿生样机自由在水下和空中穿梭航行，与麻省理工大学Media lab合作研究成果软体跨海空航行器发表在机器人领域的顶级会议 International Conference on Robotics and Automation（ICRA 2019 第一作者）。铁路隧道排水系统巡检机器人根据铁路隧道排水系统的实际环境，设计一款巡检机器人，能够在水下、水面、淤泥等复杂情况下行 走。巡检机器人携带一个高清摄像头，通过与机械臂的紧密配合，能够对铁路隧道排水系统的侧沟、中 心沟，以及侧旁的盲管入口进行有效的观测。通过多传感器融合技术实现巡检机器人在复杂环境中作业， 并且实时传输摄像头、传感器等反馈的数据，为使用者提供隧道内部环境的检测信息

一种欠驱动的仿生四足机器人，属于仿生机器人领域，解决现有仿生四足机器人腿部的质量和转动惯量过大的问题，同时减小与地面碰撞产生的能量损失，增加腿的柔顺性。本发明由机身以及前左腿、前右腿、后左腿、后右腿组件构成，前左腿、前右腿、后左腿和后右腿组件的结构相同，前左腿、前右腿组件左右对称、分别连接于机身前部的左右两侧，后左腿、后右腿组件左右对称、分别连接于机身后部的左右两侧。本发明驱动电机都布置在机身上，减小了腿部的质量和转动惯量，提高机器人运动速度；通过拉线方式实现膝关节和踝关节联动，减小了主动电机的数量

多孔骨支架材料是修复骨缺损最有前景骨替代材料，但制约其临床应用的瓶颈是支架深部骨再生能力，本研究在复习文献，总结现有骨支架材料的优缺点的基础上，提出仿生多孔复合骨支架材料的设想。自骨单位——哈弗斯系统结构特点得到启发，从结构与成分仿生出发，结合现有的生物合金、水凝胶及陶瓷支架的优势特点，设计了一种新型镁合金/水凝胶/生物陶瓷复合骨支架。支架内部由力学强度较高的多孔镁合金支架构成核心，支撑支架形态，可体内降解，且降解产物有助于成骨；支架其余部分由仿生多孔水凝胶/陶瓷复合骨支架填充，具有中央大孔和周围放射层板状孔隙结构（图1）。该孔隙结构开放度高，骨传导性强（图2）；水凝胶/陶瓷支架可在体内降解，并模拟骨组织细胞外基质特点，为成骨细胞提供适宜的微环境（图3）。新型仿生多孔镁合金/水凝胶/生物陶瓷复合支架具有力学强度适宜，可体内降解，生物活性优良等特点，有望逐步取代现有的陶瓷或金属骨支。

基于事件驱动方式的仿生视觉图像传感器，用于高速场景的拍摄 一、项目分类 关键核心技术突破、显著效益成果转化 二、成果简介 随着虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和混合虚拟增强现实（MR）技术、自动驾驶、物联网以及机器视觉等领域的飞速发展，对图像传感器的采集速度提出了更高的要求。传统基于“帧”扫描形式的CMOS 或 CCD 图像传感器较难满足高速运动物体的拍摄需求，若提高相机的图像采集帧率，则需要采用高性能且结构复杂的模数转换器，大量的图像会带来较大的数据冗余，此外，也会面临功耗高的问题。 相比于传统的光电和图像传感器，生物视网膜具有许多不可比拟的优势。视网膜中的光感受器可根据外界光强的变化自适应调节增益，能够感知超过 180dB 的光强范围。另外，视网膜基于事件驱动式的采集方式，仅输出场景中光强发生变化的信息，因而，能够滤除低频信息带来的冗余。在信号处理和传输上，采用异步通信的方式，通过神经节细胞将光强信息转换为时空脉冲信号，实现低功耗。 受到生物视网膜的启发，研究人员提出了基于事件驱动方式的仿生视觉图像传感器，用于高速场景的拍摄。该类传感器多采用对数像素电路作为光强探测单元，因其动态响应范围宽，可随机读取。然而，对数电路在弱光环境下灵敏度低，几乎没有光响应，即仍然无法模仿视网膜弱光下的高灵敏度，除此之外，其输出受到 (Fixed Pattern Noise，FPN)的影响，降低了图像质量。 我们提出了一种兼容 CMOS 工艺的光敏二极管体偏置场效应晶体管器件(PD- body biased MOSFET，简称 PD-MOS)，其结构图和等效电路如图 1所示。 利用 PD 的感光特性以及 MOSFET 的正向衬底偏置效应实现集成光强探测及信号放大于一体的光电器件。该器件可解决对数电路在弱光下灵敏度低的问题，并且提出了一种明暗传感器的方案以降低噪声。设计成像测试方案并搭建静态图像采集测试系统，实现静态显示，通过 MTALAB 进行图像恢复从而实现动态图像显示功能。   图 1 (a) PD-MOS 器件结构及其 (b) 等效电路图 经过商用 180nm CMOS 工艺流程制备后的器件概貌如图 2 所示，图 (a) 为三种不同像素设计的芯片实物图，从上至下分别为环形结构、条形结构及对数像素电路，将其中的环形结构在显微镜下放大观察可看到图 (b) 所示的形貌，图 (c) 为4个像素的显微图。   图 2 (a) PD-MOS 成像阵列芯片的实物图，(b) 环形结构芯片在显微镜下的放大图以及 (c) 环形结构像素放大图 上位机实时显示效果如图3所示，可以明显看出两根头发相交。子图 (a) 为暗态时的 100 帧平均灰度图，子图 (b) 为暗态时的曲面图，子图 (c) (e) (g) (i) 为光态下的图，子图 (d) (f) (h) (j) 为光态下的图像数据减去暗态下图像数据的降噪图，可以发现在30nw/cm2 辐照度下已经出现头发的轮廓，当辐照度继续增加，头发的轮廓越来越清晰，当辐照度达到 3mw/cm2，仍然可以看到头发的轮廓。   图 3 阵列芯片采集的图像 不同于传统计算机视觉系统的图像采集方式，生物视觉系统的成像由视野场景中发生的事件触发，且生物视网膜具有宽动态响应范围、超低功耗以及异步传输等特点，这为仿生视觉系统的研究提供了全新的思路。随着物联网、自动驾驶以及安防等领域的快速发展，它们对高速动态图像传感器的需求也日益提升。近些年，针对这些需求，研究人员提出了一种用于采集高速动态信息的类视网膜相机，成为了一大热点研究方向。类视网膜相机的工作原理模拟了生物视网膜事件驱动型的采集方式及异步型的传输模式，为动态视觉成像提供了硬件基础。综上，该类传感器的研究具有十分重要的科研意义和深远的经济价值。