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

北工业大学杨丽副研究员与宾州州立大学程寰宇(Huanyu Cheng)助理教授，利用激光直写技术，成功研制出具有自加热功能的激光诱导石墨烯柔性气体传感平台。该技术使用激光图案化的类似石墨烯的高度多孔纳米材料作为电极，以较具代表性的纳米材料（还原氧化石墨烯、二硫化钼或者两者的组合；氧化锌和氧化铜组成的金属氧化物复合材料）作为气体敏感材料，监测气体、生物分子和化学物质。该平台由多个传感器阵列组成，每个传感单元由LIG细线传感区域和Ag/LIG的蛇形连接区域组成。在连接区域创建银涂层的蛇形线条，通过向银涂层施加电流，气体感应区域由于电阻的逐渐增大而局部加热，从而实现自加热功能，替代了大多数可穿戴传感器的插指电极和额外的加热器，显著降低了加工的复杂度和设备能耗。此外，蛇形线条的设计可以使传感器像弹簧一样拉伸，以适应身体的不同弯曲变化，实现了可穿戴性。该平台在自加热升温条件下，可以实现对NO2气体的高选择性、超低浓度的快速响应和恢复，检测限可以达到1.2ppb。该成果以题为“Novel gas sensing platform based on a stretchable laser-induced graphene pattern with self-heating capabilities” 最近发表在《Journal of Materials Chemistry A》期刊上，并作为back cover 进行highlight 发表。

联网登录后台服务器，查询和浏览网页及数字维修资料；通过FTP客户端，从后台服务器下载文件及解压压缩文件至SD存储卡；拍摄现场图片、短视频并传回服务器供分析处理；实时加密通话，方便现场维修人员与专家团交流沟通；语音命令识别，解放操作人员双手等。 应用领域： 飞机维修，宇航员执行任务，大型机械远程维修，远程医疗，军事作战现场等。 特色及先进性： 轻便可穿戴，双目成像眼睛，语音识别解放双手，通话加密，强大的后台专家资源支持等。 解决的关键问题和实施后效果： 解放了远程维修人员的双手，使维修现场能够得到后台强大的专家资源支持，实施后可以大大节省维修时间，解决更多复杂的维修问题。 图1 双目可穿戴设备实物 图2 单目可穿戴设备实物

先后承担多项可穿戴计算机相关的国家863计划、自然科学基金和总装预研项目，积累了丰富的研究成果和系列产品系统，主要包括：1） 面向军事、工业、娱乐以及教育科研等不同应用领域的多款微型化、超低功耗、特殊形态的高性能可穿戴计算机样机，参见图1；2） 多款单/双目、超轻型、大视场、视透型微型头戴显示器，以及相关的数字化头盔、头戴影音播放系统、智能眼镜系统等，参见图2；3） 多款新形态可穿戴计算系统交互输入装置，包括结合惯性跟踪和无线传输的手持式单手键鼠；基于身体传感网络的用户动作捕获与交互输入系统；基于柔性和编织电路的臂式键盘等，参见图3。

先后承担多项可穿戴计算机相关的国家863计划、自然科学基金和总装预研项目，积累了丰富的研究成果和系列产品系统，主要包括： 1） 面向军事、工业、娱乐以及教育科研等不同应用领域的多款微型化、超低功耗、特殊形态的高性能可穿戴计算机样机，参见图1； 2） 多款单/双目、超轻型、大视场、视透型微型头戴显示器，以及相关的数字化头盔、头戴影音播放系统、智能眼镜系统等，参见图2； 3） 多款新形态可穿戴计算系统交互输入装置，包括结合惯性跟踪和无线传输的手持式单手键鼠；基于身体传感网络的用户动作捕获与交互输入系统；基于柔性和编织电路的臂式键盘等，

联网登录后台服务器，查询和浏览网页及数字维修资料；通过FTP客户端，从后台服务器下载文件及解压压缩文件至SD存储卡；拍摄现场图片、短视频并传回服务器供分析处理；实时加密通话，方便现场维修人员与专家团交流沟通；语音命令识别，解放操作人员双手等。

本实用新型公开了一种自调节可穿戴腿部动力支具，包括通过绑定固定在人体腿部两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，还包括驱动大腿支撑板与小腿支撑板相对摆动的驱动装置，所述的驱动装置包括动力盒和牵拉钢绳，动力盒包括：盒体，设置在盒体内一侧固定牵拉钢绳的滑块，一端与盒体内壁固定另一端与滑块固定的介电高弹聚合物板，为介电高弹聚合物板提供电压的电源，设置在盒体内壁与滑块之间的复位弹簧。该腿部动力支具结构非常简单，部件少，结构轻便，避免了给使用者增加较大的额外负担。

应用：远程精确监控、可穿戴设备；老年健康监控、运动员体能 检测、军队个人保障系统等。 特点：符合世界公认的最新体域网协议；极低功耗、极低辐射、 极高的传输效率。

本设计主要应用于偏瘫患者的下肢康复训练。康复装置可根据患者的需求调整外形参数，并具有重量轻易携带等特点，适合在家庭、医院等多种场合进行康复训练。由于我国人口基数庞大，罹患偏瘫等神经性运动失调基本的患者众多，作为辅助康复治疗的重要手段与工具，下肢康复训练机械装置具有庞大的市场需求前景。 本技术涉及了一种可穿戴式气动下肢康复训练机械装置，引入了气动肌腱，相对于其他下肢康复设计，本技术节约能耗，提高了系统的稳定性和柔顺性，大大减轻了对病人的二次伤害，并减少了装备自身的重量。同时创新采用了可拆卸的关节设计，方便患者穿戴和随身携带。使用了长度可以定量调节的下肢结构，使其能够适用于不同身高的患者。

本设计主要应用于偏瘫患者的下肢康复训练。康复装置可根据患者的需求调整外形参数，并具有重量轻易携带等特点，适合在家庭、医院等多种场合进行康复训练。由于我国人口基数庞大，罹患偏瘫等神经性运动失调基本的患者众多，作为辅助康复治疗的重要手段与工具，下肢康复训练机械装置具有庞大的市场需求前景。