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

提出的磁颗粒镀层技术，有效解决了相变材料和磁性颗粒界面润湿难题。基于MTPCM，设计出高能效热电-高储热复合微供能系统，统筹兼顾了热电输出稳定性和最大化，证实了自供电温湿度无线传感系统持续工作的可行性。

 智能穿戴设备近年来在国际学术界和工业界备受关注，从谷歌推出的Google Glass，三星公司推出的Gear S智能手表，到苹果公司发布的iWatch，已经有许多产品开始进入人们的生活。这些设备智能穿戴设备目前面临的一个瓶颈问题是缺乏可替代键盘和鼠标的输入设备。目前关注度比较高的输入方式是语音输入、辅助触摸屏和手势输入等，但是都存在很大局限。  上海交通大学信息处理与先进控制团队针对这一问题提出了一种全新的指上文字输入以及操作方式，开发了可以穿戴在食指上的虚拟输入设备。该设备通过食指敲击动作形成虚拟的操作平面，通过用户初始化对操作平面进行分区形成“九宫十八格”，通过独创的“九宫十八格”映射对食指敲击动作进行解析，使得用户仅依靠食指敲击就可以完成中文、英文、标点和点击等常用信息的输入，替代计算机键盘和鼠标完成智能穿戴设备信息的输入。  该输入方式无需改变用户的传统操作习惯，不受空间限制，操作简单。与传统的语音输入具有更高的效率以及准确度，与屏幕触摸输入相比可以摆脱空间的限制，与手势输入相比可以实现中文输入并且效率更高。

XM-JZA肌肉注射模块（穿戴式）   功能特点： ■ XM-JZA肌肉注射模块采用高分子材料制成，仿真度高。 ■ 该模块分为皮肤、肌肉层、外框卡式结构。 ■ 可穿戴式设计、增加操作的真实感。 ■ 可进行肌肉注射练习。

针对目前上肢康复机器人多为台式，体积庞大、不便移动的缺点，设计了一款可穿戴式上肢康复机器人，该机器人采用背包式的背负系统设计，可方便穿戴在患者身上，辅助患者进行上肢康复训练的同时，还可辅助其日常生活，具有一定的功能增强作用；该机器人采用模块化设计，主要包含肩部训练模块、肘部训 练模块及背负模块，其中肩关节具有 3DOF、肘关节具有 1DOF，且肩宽和两臂长度均可调，很好的适应了不同患者的需求，此外，在肘关节处采用了卷簧平衡机构和对应的自锁机构，在肩部机构使用了拉簧平衡机构，通过这些平衡

天津大学医学工程与转化医学研究院联合天津松辉医仪医疗设备有限公司、上海贝瑞电子科技有限公司，结合新冠肺炎的诊断标准，攻关研发出一套可穿戴组合式智能监护系统，能远程监控患者的血氧含量、呼吸频率、心跳速度等核心生理指标，以及体位、呼吸阻力等特定生理指标，并通过多模信息融合与自动判别，实现病情模式的智能分析与及时预警。该项目有望缓解新冠肺炎轻症患者人数众多对医务人员数量的需求，减轻医务工作人员的工作强度，降低医患交叉感染的概率，将对新冠肺炎疫情防控起到积极作用。同时，该项目也可用于其他呼吸系统疾病的“早发现，早治疗”，降低普通患者到危重患者的发生概率。该项目采用PSoC集成系统，集成血氧、脉率、口鼻气流、阻抗呼吸等多种监测传感器，除了能准确采集人体血氧饱和度、脉率、呼吸等生理信号之外，又同时融合了特定加速度传感器，可以实时提取病人的体位变化，以及咳嗽带来的气流阻力变化，为新冠肺炎患者的病征监护提供了针对性的解决方案。该智能监护系统基于组合式模块，便于患者个人自行穿戴，也可以根据需求配戴单个组件进行单项功能监测。用户只要不进行剧烈运动，穿戴后完全可以正常的活动并不影响监测过程，监测数据可通过蓝牙技术传输至手机App，并通过手机4G功能传输至云端，医生在办公室就可以看到患者数据，无论患者身处在医院、家里或留观点。系统可在云端对患者生理信号进行分析，集合临床诊断原则，提取与以新冠肺炎为代表的呼吸疾病相关数据，以初步判断患者的病情状态与变化趋势。该项目已经完成了系统硬件研发工作，核心硬件模块获得医疗器械注册认证，将根据临床使用的结果进一步优化系统的软件分析功能。目前研发团队正在与天津大学附属医院合作，启动开展项目临床测试并推广应用。

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。

穿戴式肘关节外骨骼康复机器人是一种便携式可穿戴的肘关节康复训练装置，主要针对的人群是偏瘫患者，尤其以脑卒中患者并发的偏瘫后遗症人群为主。本装置拥有三种训练模式：被动训练，主动助力训练以及对侧训练。患者穿戴本装置后，可根据自身情况进行不同训练。且装置具有良好的仿生性能，根据不同患者的不同情况，可选择不同的控制模式（语音控制，肌电控制，移动终端控制），以满足患者各种训练需求。

该项目开发出一种带有智能助力、可穿戴在行走障碍患者下肢进行康复训练或行走助力的机器人设备，主要应用于下肢康复领域，可以实现全支撑真实行走训练方式和在线姿态反馈实时智能引导的全闭环人机交互训练模式，能为各种状态（不同损伤及恢复体况）的患者进行准确合理助力、提供正确步态引导的真实行走式康复训练，使患者运动机能得到更快更好恢复，高效提升行走能力。作为国内首个治疗改善下肢运动障碍的特效智能机器人系统，该产品改变了传统一对一人工或半机械康复训练治疗模式，为患者提供一种广泛适用的下肢康复训练科学手段，极大提升了我国康复学科的技术水平和先进性.