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。

解剖结构正确，体表骨性标志清楚，关节运动灵活，可添加或替换不同的穿刺模块，可进行腰椎穿刺、髂前上棘骨髓穿刺、胸腔穿刺、腹腔穿刺、静脉穿刺等操作训练。适用于临床医学本科生实习示教、住院医师培训等。 可根据用户需求在此模型身上添加新的穿刺模块。 注：模型充分体现经济价值性，行穿刺功能同时，还可定制克雷氏骨折、根骨骨折等全身各处骨折形式。

项目成果/简介:压电驻极体是具有强压电效应的柔性驻极体材料，因其表现出“类铁电性”和，也称为铁电驻极体，是一类新型的人工智能和新能源材料。它的压电性源于双极性空间电荷在聚合物基体上的取向排列，以及材料特殊的微孔结构。压电驻极体膜是具有强压电效应的新型柔性压电功能膜，与传统压电材料的压电效应起源有本质区别。 与压电陶瓷和传统的铁电聚合物（例如聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物）相比较，压电驻极体具有一些独特的性能：压电驻极体在提高压电活性的同时还拥有聚合物的高柔韧性、薄膜型（厚度可低至40µm）、超轻（体密度可低至330kg/m3）、低成本、低电容率、可大面积成形，以及低声阻抗（0.03MRayl）等特点。经过特殊工艺制备的压电驻极体薄膜的准静态压电系数d33高达1000pC/N，这一数值远远高于PVDF（约25 pC/N）及其共聚物P(VDF/TrFE)。因此，压电驻极体组合了压电陶瓷和铁电聚合物薄膜各自的优点，在国防、医疗、航空航天、绿色能源（例如宽频带振动能量采集器、生物运动能量采集、海浪发电等）、控制、通讯（例如自供能微型无线传感网络）、智能结构、电声换能器、空气耦合超声换能器等领域有广阔的应用前景。应用范围:柔性薄膜传感器、结构健康监测、人体健康监测、无损检测、触觉传感器、电子肌肤、声呐、空气耦合超声波换能器、微能量采集器等多个领域。项目阶段:小规模生产效益分析:目前芬兰的Emfit公司是唯一能够大批量生产聚丙烯（PP）压电驻极体功能膜的生产商，采用的技术主要由两部分构成：微孔结构薄膜制备和电极化处理。在微孔 薄膜制备阶段，首先将聚丙烯树脂与无机矿物颗粒（例如CaCO3和TiO2）熔融共混，然后挤出成聚丙烯-矿物颗粒复合薄板，最后双向拉伸形成微孔结构的薄膜。在电极化处理阶段采用电晕极化方式。而我们拟采用的技术是：以低廉价格的商品聚丙烯包装材料为原材料，采用具有自主知识产权的多次压缩气体膨化工艺调控薄膜微结构和机电性能，获得高活性聚丙烯压电驻极体膜。利用该技术生产出功能薄膜的活性远高于芬兰商品膜，最高可达50倍。

成果与项目的背景及主要用途：用于 CO2 分离的膜技术在天然气、沼气的 净化，三次采油中的 CO2 回收，密闭空间中的 CO2 脱除以及减轻温室效应等领 域有广阔的应用性前景。与传统的 CO2 分离技术相比，膜分离方法具有投资少， 能耗低，环境友好，设备简单紧凑、节约空间、高效灵活、易于操作等优点，而 且 CO2 浓度越高，膜法分离越经济，即使 CO2 浓度低于 5%，用膜法的费用也 仅为吸收法的 64.7%。 18天津大学科技成果选编 19 可以用于脱除酸性气体的膜主要有液膜、无机膜和高分子膜，实际应用中满 足气体分离要求的目前只有高分子膜。但普通的高分子膜也存在高的渗透性和选 择性不能兼得的缺点。含有固定载体的促进传递膜兼具液膜和普通高分子膜的优 势，能同时具有高的分离系数和透过速率，而且稳定性好，是一类很有发展前途 的气体分离膜，已引起国际上研究者们的极大关注。 技术原理与工艺流程简介：本研究成果合成了几种对 CO2 具有促进传递作 用的固定载体膜材料，通过载体与 CO2 的相互作用促进 CO2 在膜内的传递，因 而具有较高的渗透选择性。同时由于载体是以化学键固定在高分子上，因此具有 很好的稳定性。 本成果以自主开发的固定载体膜材料为分离层，以多种材质的超滤膜为基膜， 制备了用于 CO2 分离的固定载体复合膜。所研制的复合膜，其 CO2/CH4 透过分 离性能处于世界领先水平。 技术水平及专利与获奖情况：所制备的固定载体复合膜 CO2/CH4 分离因子 可达 100～300，CO2 渗透速率可达 10-6～10-5 cm3(STP)/cm2·s·cmHg。 本研究成果共获得发明专利 3 项，分别为： 1. 用于酸性气体分离的固定载体复合膜制备方法（专利号：ZL02148632.8） 2. CO2 气体分离复合膜的制备方法（专利号：01144974.8） 3. 用于分离酸性气体的固定载体复合膜制备方法（专利号：ZL02158530.X） 本成果与所在课题组其他成果一起，获 2004 年度天津市自然科学奖一等奖 应用前景分析及效益预测：本研究成果所开发的 CO2 分离膜制备技术其经 济效益是明显的。首先，采用 CO2 膜分离可以降低我国能源生产的成本。我国 目前的天然气产量已经超过 300 亿 m3，若其中的 10%以膜分离方法来进行净化， 则需要约 12 万 m2 的膜才能满足需要，与传统方法相比每年可节约 4000 万元。 此外，由于可持续发展和环境保护的需要，采用城市生活垃圾和其他工业垃圾生 产沼气近年来得到了迅速发展。至今，我国已建设了大中型沼气池 3 万多个，总 容积超过 137 万 m3，年产沼气 5.5 亿 m3，采用膜分离技术处理这些沼气也需要 大量的 CO2 分离膜。最后，随着海上油气资源的开发以及农业生产中气肥的大 量使用，对 CO2 分离膜的需求和产生的效益也很大。天津大学科技成果选编 应用领域： 1. 天然气、沼气的净化； 2. 三次采油中的 CO2 回收； 3. 密闭空间中的 CO2 脱除； 4. 农业生产中气肥的使用。 该项目需要以下条件： 1. 聚合物合成的相关设备及原料：反应釜，冷却装置等。 2. 复合膜加工设备及原料：涂膜机，干燥器，膜交联设备，交联剂等。 3. 膜组件加工设备及原料。 4. 需要厂房面积大于 1000m2。 合作方式及条件： 由天津大学提供膜材料合成、复合膜制备、交联等相关技术，由合作方提供 厂房、设备、原材料及相关的人员配套。 

膜法口罩的核心是高性能空气净化膜材料，该材料具有由纳米纤维构成的三维类蜘蛛网结构，形成的微孔尺寸可控制在0.1到0.5微米范围内，能有效过滤99%以上的非油性颗粒，有效拦截各种固体气溶胶、飞沫和病毒，同时具有良好的透气性，不会产生呼吸的不适感。空气净化膜材料除了可用于制作口罩外，还可以用于空气净化器、医疗防护服等领域。基于膜材料制作的防护服，具有良好的抗菌拒水性能，是医疗防护中等级最高的医用防护服，它的特点是人体的汗气可以向外散发，而外面的水和细菌病毒等不能进入，且具有优异的耐老化、耐消毒等性能，可经常消毒杀菌。 在工业领域空气净化膜用于烟尘的超低排放控制，已经推广应用了上百套工程装备，产生经济效益二十多亿元，先后获得中国石油和化学工业联合会技术发明一等奖、中国膜工业协会科学技术一等奖、侯德榜化工科学技术青年奖等奖励。     以空气净化膜为核心滤材的5万口罩已经在南京市江北新区、浦口区多家政府机构、江苏省膜产业园入园企业等上百家单位使用，为坚持在防疫一线工作的人员提供了有力保障。在南京市政府召开的防疫物资主题会议上，空气净化膜技术受到了南京市工信局、科技局等部门的高度重视，。

压电驻极体是具有强压电效应的柔性驻极体材料，因其表现出“类铁电性”和，也称为铁电驻极体，是一类新型的人工智能和新能源材料。它的压电性源于双极性空间电荷在聚合物基体上的取向排列，以及材料特殊的微孔结构。压电驻极体膜是具有强压电效应的新型柔性压电功能膜，与传统压电材料的压电效应起源有本质区别。 与压电陶瓷和传统的铁电聚合物（例如聚偏氟乙烯PVDF及其共聚物）相比较，压电驻极体具有一些独特的性能：压电驻极体在提高压电活性的同时还拥有聚合物的高柔韧性、薄膜型（厚度可低至40µm）、超轻（体密度可低至330kg/m3）、低成本、低电容率、可大面积成形，以及低声阻抗（0.03MRayl）等特点。经过特殊工艺制备的压电驻极体薄膜的准静态压电系数d33高达1000pC/N，这一数值远远高于PVDF（约25 pC/N）及其共聚物P(VDF/TrFE)。因此，压电驻极体组合了压电陶瓷和铁电聚合物薄膜各自的优点，在国防、医疗、航空航天、绿色能源（例如宽频带振动能量采集器、生物运动能量采集、海浪发电等）、控制、通讯（例如自供能微型无线传感网络）、智能结构、电声换能器、空气耦合超声换能器等领域有广阔的应用前景。

华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室王小英教授团队提出一种由天然高分子和无机材料纳米杂化获得的冠状病毒防护材料，实现快速成膜，在口罩和防护服的最外层形成一层具有抗菌抗病毒效果的透气防护层。此外，针对医护人员长期带口罩而产生的疼痛、麻木、压红，甚至破损等问题，使用改性天然高分子和无机抗菌材料复合的超薄海绵作为防护夹层，实现集抗细菌感染、快速愈合和平衡修复为一体的创面修复，该技术已与北京大学口腔医院、南方医科大学南方医院、广州华侨医院等多家医院开展了合作研究。 团队研发的超薄海绵防护夹层点击查看原文

智能隔热调光复合膜，是将液晶和聚合物结合而成的一种具有电光响应特性的膜材料，它主要工作在散射态和透明态之间。 智能隔热调光复合膜研发团队立足地域优势与独特的人才优势，与江苏柏鹤化工集团开展了长期的战略合作，研发团队利用多年的研发经验，构建了智能隔热调光复合膜研发平台，通过多年的合作，构建了一条产学研的联合道路，开创了双赢的局面。 研发团队通过多年实验探索，制备出低驱动电压、高对比度、耐黄变性能优异的智能隔热调光复合膜，有着优良的光学性能和极强的实效稳定性。 目前智能隔热调光复合膜开始迈向批量生产阶段，可替代进口产品。 主要技术指标： 应用范围： 电致变色智能窗在电场作用下具有光吸收透过的可调节性，可选择地吸收或反射外界的热辐射和阻止内部热扩散，减少办公大楼和民用住宅等建筑物在夏季保持凉爽和冬季保持温暖而必须耗费的大量能源。同时，也起到改善自然光照程度、防窥、防眩目等作用。可减少室外遮光设施、满足现在建筑物采光和美观的需要，解决现代不断恶化的城市光污染的问题。此外，电致变色智能窗在飞机、汽车等方面也有很大的应用前景。 以建筑行业为例，我国建筑能耗占社会总能耗的三分之一以上，引起的温室气体排放率已达到25%。通过窗玻璃的热交换在夏天和冬天分别占到总能量交换的71%和48%，是外围结构中最突出的能耗“集散地”。若合理利用智能隔热调光复合膜，民用建筑和公共建筑可分别节能约20%和12%，市场需求巨大。

本项目选择化学稳定性强的聚合物制造中空纤维膜底膜，通过合理的铸膜液配方与纺丝工艺设计，使膜丝呈完整非对称性结构，既具有良好的分离精度，又有较大的渗透通量。进一步地，通过特殊的涂覆工艺，将PDMS或类似的耐溶剂物质涂覆到中空纤维底膜的孔壁上，最终形成耐溶剂效果优越的中空纤维复合膜。在进行组件封装时，也选用耐溶剂类型的胶水浇铸组件，确保产品能长期应用于有机溶剂体系的除杂净化或溶剂回收。

平板膜生物反应器的性能指标全部达到上述“膜生物反应装置”的界定描述条件要 求。 利用自主研制的核心膜组件、膜单元、膜支架，及相应的平板膜生物反应器设计、 运行调试技术，课题组已经建立了两个示范工程，其中，白龙港水质净化厂中的中水回 用项目为目前报道的国内最大平板膜生物反应器应用项目。 课题组为目前国内唯一掌握平板膜生产、平板膜组件制作、膜组件性能评价、膜生物反 应器设计、污水处理整体工艺流程设计、膜生物反应器调试、清洗和运行管理整套技术 的单位。