感官控制的人机交互(human-machine interface, HMI)可以在人和外界 设备之间建立新的自然交流途径，有利于提高人们的生活品质，例如，有意识 地眨一下眼睛，即可开/关电灯。传统的采用眼为微弱的体表生物电信号，却 忽略了眨眼引起的太阳穴附近皮肤的微小运动。本项目采用摩擦纳米发电技术 (triboelectric nanogenerator, TENG ),设计一种微运动 / 位移传感器 (mechnosensationalENG, msTENG),对于该微小运动的探测有极高的灵敏度 (数百倍于同步眼电信号)，并且相对于传统的眼电探测电极具有更好的耐久 性和稳定性。通过与眼部巧妙的附着方式，获取高灵敏度和持久稳定的眨眼 信号采集，并将此眼部微动传感器用于人机交互，构建了眼动控制家用电器 和眼动虚拟打字界面等人机交互系统。这一研究的开展，给感官控制人机交 互领域注入了新的设计理念，使得通过眨眼来控制外部设备有希望从实验室走 向我们的日常生活。 关键技术： (1)  基于摩擦纳米发电技术的眼部微动传感器设计(包括工作模式的选择, 摩擦材料、电极材料的选择及加工等)以及器件制作工艺水平，都将直接影响 传感器的灵敏度、稳定性、美观舒适性，这在整个系统中是最为关键的技术。 (2)  眼部微动传感器在眼部周围附着方式的设计，需要保证器件的灵敏度、 信号的稳定性和操作的方便性，并考虑使用上的舒适美观。这是这项技术能否进 入人们实际生产生活的重要因素之一。 (3)  基于眼部微动传感器的人机交互界面的开发，要求功能适用、界面友 好、操作简易、性能稳定，便于正常人群和闭锁综合征LLock-in，)患者等特 殊人群的使用，这是这项技术具有重要应用前景的关键技术之一。创新点： (1)     首次将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动高灵敏传感器作为替 代传统生物电传感器应用于感官控制的人机交互系统，为人工智能领域注入了 新的传感器设计理念。 (2)     将基于摩擦电和静电感应耦合的自驱动眼部微动传感器巧妙地固 定在眼镜架上，并做到位置可微调，对比传统的眼电传感器将多电极贴在眼部 附近，不仅美观舒适、成本低廉和操作简单，而且采集的信号灵敏度高，信号 输出稳定可靠。 (3)     摩擦电和静电感应耦合的传感技术，采用的单电极信号采集，直 接采集微运动引起的电信号，从信号采集源头上突破了传统的生物电信号采集 弊端(采集多电极间势差变化信号)，可提高传感器的灵敏度数百倍。因此，避 免了传统眼电系统中精准识别算法的开发和严格操作技术的培训等。市场及经济效益分析： 基于摩擦纳米发电技术的微动传感器制作成本低廉，因其高灵敏度和 可靠性带来的后端设备简化，以及其操作的简易性和侃戴的美观舒适性，都 将促成该项研究成果走出实验室服务于广大群众，特别是渴望与外界因此具有非常大的市场价值。恢复交流的特殊疾病患者们，而这一群体在中国高达20 万人并有逐年上升的趋势。

纳米颗粒材料是最早研究开发和获得应用的纳米材料产品之一，然而一种纳米颗粒能否产业化，关键之一仍在于这一产品是否具有明确且具有一定数量的市场需求。不同于其它纳米颗粒材料产品，气相法制备的纳米二氧化钛颗粒材料具有明确的市场需求。世界范围内纳米二氧化钛的需求已超过2万吨，产值达到5亿美元以上。国内目前纳米二氧化钛的市场已有相当量的需求，估计在1000吨/年以上，主要从国外进口，进口价超过3万美元/吨。随汽车工业、化妆品等行业的发展，最近10年纳米二氧化钛的需求将保持高的增长率。纳米二氧化钛产业化的实施，对于促进汽车工业、化妆品等行业的发展具有重要意义。 本项目开发了多重射流燃烧反应器，利用预混火焰燃烧和扩散火焰燃烧制备了粒度和晶型可控的纳米二氧化钛颗粒，该产品在紫外光和可见光区域都具有很高的光催化活性，在可见光辐照下对染料RhB的脱色率明显优于商用P25 TiO2。 利用气相扩散火焰燃烧制备了锌和铁掺杂的纳米二氧化钛颗粒，发现Zn主要富集在二氧化钛纳米晶表面，铁掺杂导致二氧化钛晶粒尺寸变小，Zn和Fe掺杂显著提高了纳米二氧化钛的光催化活性。 设计开发了可供工业化应用的多重射流燃烧反应器等核心设备,建成了百吨/年规模的纳米二氧化钛颗粒的中试装置，形成了氢氧焰燃烧合成过程中颗粒形态结构可控的工业制备集成技术。 研究了纳米二氧化钛颗粒在空气净化中的应用性能，发现气相燃烧合成的纳米二氧化钛颗粒具有良好的光催化活性。通过酯化-缩聚及共混方法制备了纳米二氧化钛复合涤纶聚酯，显著提高了涤纶聚脂的紫外线屏蔽功能。

1 成果简介GaN 基的发光二极管（ LED）作为一种新型高效的固体能源，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的第三代照明工具。外延 GaN 使用最广泛的衬底是蓝宝石，与普通的平整蓝宝石衬底相比，经生长或刻蚀的方式制作出的具有周期性凸凹起伏结构的图案化蓝宝石衬底，可以减少外延生长 GaN 的位错密度，改善晶体质量，提升 LED 内量子效率。同时图案化的蓝宝石衬底有效解决了由于 GaN 材料折射率大引起的全反射问题，增加了光提取效率。研究表明，微米级图案化蓝宝石衬底可以大幅度提高 LED 的芯片亮度，而使用纳米级的图案化蓝宝石衬底亮度将更高。目前虽然可以制造出微米级图案化蓝宝石衬底，但是需要进行黄光光刻工艺，存在成本高且产率低等问题；如果要形成纳米级周期性结构，所采用的次微米图形加工工艺昂贵， 500nm 以下的图形成本更高。我们以化学自组装工艺代替传统半导体光刻工艺，发展出一种低成本的纳米级图案化蓝宝石衬底加工技术，以提供 LED 企业急需的面向高端产品（高亮度、大功率照明用 LED）的蓝宝石衬底。2 应用说明本技术以胶体纳米球作为构筑基元，利用化学自组装方法制备大面积（可达 4 英寸）胶体晶体单层——一种纳米级有序排列形成的周期性结构（图 1），再通过干法刻蚀或者湿法腐蚀的方法将该周期性结构转移到蓝宝石衬底上，从而得到纳米级图案化蓝宝石衬底（图2）。 整个方法建立在化学自组装技术基础上，摈弃了传统半导体光刻工艺，快速、重复性好，大大降低了纳米级图案化蓝宝石衬底的制备成本，从而为外延生长高亮度、大功率照明用 GaN 材料提供更高质量、更低成本的蓝宝石衬底。  图 1 化学自组装方法在 2 英寸蓝宝石衬底上制备的胶体晶体单层及其微细结构。  图 2 纳米级图案化蓝宝石衬底， 左图为蒙古包状图形衬底， 右图为凹坑状图形衬底。3 效益分析目前我国照明行业产值已达 800 多亿元，市场对高端 LED 产品的需求越来越旺盛。为了提高 LED 的发光效率，除采用优化的外延结构外，使用图案化蓝宝石衬底是广泛采用的方法之一。目前高光效图案化蓝宝石衬底的市场年需求量为 1000 多万片，并且随着我国“ 十城万盏” 计划的推进，每年的需求量将有一个很大的递增。当前的图案化蓝宝石衬底无论在国内市场还是国际市场都是供不应求，而在中国国内还未有相应的技术和方法，外延所需的图案化衬底主要从美国、韩国和台湾进口。因此，面对市场对高端 LED 产品的需求，纳米级图案化衬底的市场规模巨大，前景非常好。本项目携手蓝宝石衬底企业或 LED 企业，瞄准 LED 高端市场的需求，生产目前 LED 企业急需的纳米级图案化蓝宝石衬底，力争成为国内首家纳米级图案化蓝宝石衬底专业制造商。4 合作方式技术转让或合作开发，商谈。5 所属行业领域能源环境。

传统制备聚合物/层状无机物纳米复合材料的方法如插层复合法工艺复杂，需要加入增容剂或对层状无机物进行有机化处理，此外单体插层聚合涉及复杂的化学反应，而熔体插层则要求聚合物的熔体粘度低。针对传统插层复合法存在的问题，本项目将固相力化学方法引入聚合物/层状无机物纳米复合材料领域，利用磨盘形力化学反应器独特的三维剪结构所提供的强大挤压剪切力场和粉碎、混合、分散及固相力化学反应功能，在磨盘碾磨过程中同时实现层状无机物的粉碎、片层滑移和剥离，聚合物的粉碎和嵌入，聚合物与无机填料的固相分散和混合，得到聚合物/层状无机物复合粉体，再经进一步加工成型，可制备用途广泛的聚合物/层状无机物纳米复合材料，如具有良好力学性能的结构材料和具有导电、导热、电磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等。 主要技术指标： 可制备具有良好力学性能的结构材料及具有导电、导热、电磁屏蔽、阻隔或隔音降噪的功能材料等; 所制备的PP导电导热纳米复合材料的电导率可达5.2×10-4 S×cm-1，导热率可达0.69 W×m-1×k-1; HDPE导电导热纳米复合材料的电导率可达10-3 S×cm-1, 导热系数可达2.2 W×m-1×k-1 建设投产条件（投入资金情况、需要的厂房、使用配套设施状况等）： 需要带分级装置的磨盘形力化学反应器、双螺杆挤出机及注射/热压成型机。

当待定点无法用 GNSS 方法直接测定时，本发明提供一种 GNSS 与激光测距相结合的测量系统及测 量方法，其装置成本低廉、便于携带，方案简单易行。激光测距装置仅需提供距离观测值，摆脱了对于 方位、角度观测值的依赖，测程可达数百米，可实现多个已知点上快速作业，最少只需在两个点上进行 测量，通过最小二乘和合理定权，最终能获得待定点坐标的最优解。本发明有效弥补了现有技术的缺陷， 具有广阔的应用前景。 

本发明公开了一种支撑轴弯曲间隙及刚度自动测量装置及其测量方法。本发明通过测量杆将微小弯曲间隙放大，以气缸配合气动滑·788·台为动力机构，连接带动施力构件对测量杆施加压力，并通过位移传感器及压力传感器实时采集测量杆的位移数据及受力数据，进一步计算出支撑轴的弯曲间隙角及刚度。本发明通过两个位移传感器实现对弯曲间隙的精确测量，消除了由扭矩输入时弯曲间隙的顶点相对于轴心的径向窜动带来的不利影响；气缸带动施力构

本发明公开了一种声压测量传感器及多纵模光纤激光器声压测 量系统。声压测量传感器包括金属圆桶、薄膜和光纤；金属圆桶的侧 壁中部有开孔，内壁设有吸音棉；薄膜位于金属圆桶的上端开口处， 形成密封结构；光纤两端固定，呈紧绷状态，中部粘贴在薄膜的表面。 多纵模光纤激光器声压测量系统包括 980nm 泵浦光源、多纵模激光谐 振腔、光纤隔离器、光电转换模块和频谱分析仪；多纵模激光谐振腔 包括声压测量传感器、波分复用器、掺铒光纤、可

研究方向：微操作机器人系统、微纳设计与加工、生物模式形成与组 织发育建模。 项目简介： 在国家自然科学基金国家重大科研仪器设备研制专项（项目编号 61327802）等资助下，本项目研究团队自主研发了面向生命科学的原 位显微分析与操作仪。研究团队利用该仪器实现了机器人化的体细胞 核移植，进而将该技术应用于猪克隆流程，成功获得了克隆猪仔。这 是国际上首次利用机器人技术获得的克隆猪。 作为一种常用的外源物导入细胞的方式，细胞显微操作技术广泛 应用于生物工程领域。为了减轻实验操作者的工作负担，研究者开发 出自动化微操作系统，实现了自动化胚胎注射、机器人化单精注射、 机器人化贴壁细胞注射等多类微操作。然而，目前自动化微操作的操 作过程与手工操作类似，这些操作在保证操作本身高效、高成功率的 同时，并没有考虑到微操作对后续生物过程（如后续细胞培养）的影 响，因此无法获得显著优于手工操作的生物结果。 研究团队面向生命科学发展的迫切需求，研制出具有可视化、微 创化、定点化、定量化功能的，集检测分析与操作于一体的原位显微 分析与操作仪，利用该仪器实现了机器人化的细胞核移植流程，并通 过分析微操作工具与细胞接触过程中的细胞受力情况，实现了基于最 小力的细胞拨动与细胞抽核，保证了细胞核移植操作过程中细胞受力 最小。实验结果表明，基于最小力的细胞拨动与细胞抽核方法，显著 减少了细胞拨动过程对细胞的伤害；后续细胞培养实验表明，与人工 操作相比，细胞后续发育率显著提高,标志克隆成功的体外囊胚率从 10%提高到 21%。2017 年 1 月初，研究团队分四批完成了 510 例核 移植操作,并将这 510 枚克隆胚胎移植到 6 头母猪体内，两头母猪顺利受孕；4 月底，两头受孕母猪产下成活克隆猪 17 头。 上述研究第一次用后续细胞培养成功率作为评测依据，建立了操 作过程细胞受力情况与后续细胞发育的联系,得出了操作过程细胞受 力越小，则伤害越小，最终细胞发育成功率越高的结论。该研究对其 它机器人化生物操作有借鉴意义。

本项目研究团队自主研发了面向生命科学的原位显微分析与操作仪。研究团队利用该仪器实现了机器人化的体细胞核移植，进而将该技术应用于猪克隆流程，成功获得了克隆猪仔。这是国际上首次利用机器人技术获得的克隆动物。 研究团队面向生命科学发展的迫切需求，研制出具有可视化、微创化、定点化、定量化功能的，集检测分析与操作于一体的原位显微分析与操作仪，利用该仪器实现了机器人化的细胞核移植流程，并通 过分析微操作工具与细胞接触过程中的细胞受力情况，实现了基于最小力的细胞拨动与细胞抽核，保证了细胞核移植操作过程中细胞受力最小。实验结果表明，基于最小力的细胞拨动与细胞抽核方法，显著减少了细胞拨动过程对细胞的伤害；后续细胞培养实验表明，与人工操作相比，细胞后续发育率显著提高,标志克隆成功的体外囊胚率从10%提高到 21%。2017 年 1 月初，研究团队分四批完成了 510 例核移植操作,并将这 510 枚克隆胚胎移植到 6 头母猪体内，两头母猪顺利受孕；4 月底，两头受孕母猪产下成活克隆猪 17 头。 上述研究第一次用后续细胞培养成功率作为评测依据，建立了操作过程细胞受力情况与后续细胞发育的联系,得出了操作过程细胞受力越小，则伤害越小，最终细胞发育成功率越高的结论。该研究对其它机器人化生物操作有借鉴意义。在深度信息提取、显微视野拓展、超声振动细胞穿入等方面拥有多项专利。