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

项目是国家科技攻关计划“先进控制与优化软件及综合自动化软件平台产业化关键技术”子课题，项目在PCS层（过程控制层）与实时信息集成系统的基础上，实时智能监测与故障诊断专家系统充分利用网络技术、计算机技术、控制技术、通讯技术以及人工智能技术将分散的PCS层信息进行集成，实现信息管理的智能化。系统实现从已有的PCS层通讯网络获得数据，进行高一层次的综合和处理，进行安全监督、故障诊断和预报，而不改变使用人员已经熟悉的操作程序和规则，因而可达到更好的安全监控与管理的效果。

成果介绍基片集成类导波结构是近十几年发展起来的一类新型平面集成高性能导波结构，2011年被国际微波杂志列为“改变未来无源与控制器件的十大非凡发明”之首（Microwave Journal, Nov. 2011）。本项目组是国际上这一领域的主要贡献者之一，在国家自然科学基金委创新群体基金和国家973项目等的资助下，对基片集成类导波结构的传输特性、谐振特性、损耗机理、模式转换机理、极化转换机理等科学问题及其在多个分支的创新应用开展了系统深入的研究，建立了精确有效的设计方法，构建了基础设计公式，提出并命名了半模基片集成波导等新型导波结构，提出了一系列基片集成类无源元件新结构等。技术创新点及参数1、在国际上最早提出并发展了适合于周期性基片集成类导波结构的频域有限差分和直线法全波分析模型，揭示了其传输机理，并在此基础上构建了一组闭式设计公式。这组公式已被广泛用于基片集成类导波结构元器件的设计。相关代表作单篇正面他引均超过150次。2、提出并命名了半模基片集成波导、折叠半模基片集成波导等新型导波结构，系统研究了其导波特性、损耗机理和模式转换机理等，构建了设计公式，并在此基础上发展了一系列新型微波毫米波高性能元器件，其中代表作单篇正面他引均超过100次。3、提出了多种基片集成波导无源新结构，深入研究了其谐振特性、耦合特性和损耗机理，并在此基础上发展了一系列高性能新型元器件及单基片集成系统。相关代表作合计正面他引350余次。4、在基片集成波导天线辐射机理研究的基础上，突破了经典Elliott设计公式的局限性，建立了相应的分析模型和设计方法，发展了一系列新颖的高性能基片集成类天线及阵列，相关代表作由于其基础性和创新性被合计正面他引300余次。市场前景项目研究成果已获54项授权国家发明专利，其中部分专利已进行技术转让并应用于企业产品中。

项目以高异形度喷丝板和异形纤维的加工技术，在多家企业开发了高导湿涤纶短纤维及长丝；系统研究了纤维集合体的毛细效应机理，指导高导湿织物的织造工艺和后整理工艺；并建立了高导湿纤维导湿性能的专用评价体系。成果获2007年度国家科技进步二等奖。课题组还进行高品质熔体直纺超细旦涤纶长丝工业化生产技术集成开发，成果获2009年度纺织工业协会一等奖。

  课题组自1999 年开始，先后承担了科技部农业重点推广项目、农业部公益性行业科研专项、国家现代苹果产业技术体系建设及辽宁省农业重大科技攻关等研究任务，围绕建立冷凉地区苹果优质、高效生产理论体系和技术集成开展深入研究。经过15 年的努力，突破了低温限制大苹果栽培区域的“瓶颈”，在我国传统大苹果栽培北缘地带及其以北广大冷凉地区建立了寒富苹果优质高效生产技术体系，形成了高效苹果产业，取得如下创新成果：     1．首次明确了寒富苹果较富士等我国主栽苹果品种，具有更强的抗寒、抗旱、抗病等综合抗性，具有自花结实、坐果率高、腋芽容易成花、顶花芽受冻后仍能满足结果需求、果形周正、品质优良、耐贮、易早果丰产等特性，揭示了其能够在传统大苹果栽培北缘地带及其以北1 月份平均气温为-12℃～-10℃的地区进行优质栽培的生物学及生理机制，奠定了研制配套栽培技术体系的理论基础。并根据冷凉地区自然资源及果树带布局现状，进行了多区域布点试栽，最终完成了寒富苹果栽植区划，为我国抗寒优质苹果产业发展提供了科学依据。出版《寒富苹果生理基础》等专著4 部，发表论文182 篇，其中SCI 收录5 篇上述成果为国际抗寒优质苹果育种及抗寒矮化栽培机制研究提供了重要材料与理论参考，整体居国际先进水平。     2．率先对寒富苹果进行了多种砧穗组合综合评价，建立了优质苗木繁育原种采穗圃；明确了常规“寒富/山定子” 砧穗组合难成花、抗寒性差，不适于冷凉地区；确定“寒富/GM256/山定子”为冷凉地区最适的抗寒、矮化砧穗组合，研制出相应的苗木繁育技术，制定了2 项辽宁省地方标准，规范了苗木生产流程和市场秩序，从根本上解决了制约果园成功与否的核心苗木问题。     3．建立了寒富苹果优质高效生产技术体系，制定了5 项辽宁省地方标准和3 项农业部果园主推技术规程，在生产中大规模应用。建设示范园214处，面积8.6 万亩，在辽宁省推广种植117 万亩，辐射新疆伊犁、陕西榆林、宁夏银川等地30 余万亩。实现了良种良法配套，将我国大苹果栽培北缘向北扩展了近2 个地理纬度，形成了优势产业。首次在不可栽培大苹果的地区实现了大面积优质、矮化栽培，使寒富成为我国自主选育的300 余个苹果品种中栽培面积最大的品种。近3 年，辽宁省新增产值425.2 万吨，农户纯增收121.2 亿元，经济效益十分显著。在品种育成后栽培技术配套研究与示范推广方面在业内起到了引领作用。     4．创建了以示范园带动、现场培训、发放技术图书资料和媒体专栏节目传播等传统方式与寒富苹果技术网站（http://www.lastb.cn/service/kuandian/）及手机微信平台（lnpg1314）等现代手段相结合的高效技术服务体系，培训果农6.8 万人次，整体加强了果农安全生产意识，提升了优质高效栽培管理技术水平，带动30余万人就业。培养果树学高级专业人才40 余名。取得了良好的社会效益和生态效益，成为产学研结合的成功案例。

本成果创建了良种奶牛高质量高活率性控冻精生产技术体系，改进优化了奶牛精子分离技术工艺，建立了性控精液低剂量人工授精技术，完善了性控胚胎体内外生产技术程序，研制了同期发情、超数排卵药物配方，建立了胚胎移植技术体系。本成果将生产成本降低15％，母牛情期受胎率提高5％；犊牛性别控制准确率达95.2％以上，人工授精时母牛的总妊娠率达到87.5％，鲜胚移植成功率60.95％，冻胚移植成功率50.35％。该体系打破了国外对奶牛性控关键技术的垄断，破解了我国奶牛良种率低、扩繁速度慢等难题。技术/产品辐射到全国14个省、市、区，社会经济效益显著。

项目对影响冷鲜鸡质量安全的微生物和生物毒素污染、兽药残留等风险因子，以高通量灵敏检测、全程信息化溯源、标准化控制为抓手，进行了系统设计、研究和集成创新。 主要包括： 1.研发了饲料和冷鲜鸡产品中生物毒素、兽药残留等风险因子高通量快速灵敏的筛查技术。 2.创建了强酸性电解水的新型冷鲜鸡屠宰加工工艺以及冷鲜鸡全过程微生物控制技术体系。 3.开发了基于区块链技术的冷鲜鸡产品信息多平台溯源系统。浙江省技术交易中心组织本领域相关专家对项目进行鉴定，鉴定专家组一致认为，该项目成果已达到国内领先，国际先进水平。 成果应用覆盖浙江省 80%以上冷鲜鸡产量，不仅有效地解决了饲养过程及冷鲜鸡质量安全控制的技术难题，也有效解决了冷鲜鸡微生物污染控制难、保鲜期短的问题。显著提升了我省冷鲜鸡的质量安全水平和消费信心，助推了冷鲜鸡生产企业进行转型升级，对产业的可持续发展具有十分重要的意义。经济、社会和生态效益显著。

该项目以基片集成类导波结构的工作机理与创新应用为主线，对这类结构及器件的传输特性、损耗机理等基础科学问题进行了深入研究，提出了半模基片集成波导等多种新型平面导波结构，发展了相应的设计方法，并发明了一系列新型高性能微波毫米波器件，部分器件已得到实际应用。