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基于事件驅(qū)動(dòng)方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場(chǎng)景的拍攝 一、項(xiàng)目分類 關(guān)鍵核心技術(shù)突破、顯著效益成果轉(zhuǎn)化 二、成果簡(jiǎn)介 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）和混合虛擬增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（MR）技術(shù)、自動(dòng)駕駛、物聯(lián)網(wǎng)以及機(jī)器視覺等領(lǐng)域的飛速發(fā)展，對(duì)圖像傳感器的采集速度提出了更高的要求。傳統(tǒng)基于“幀”掃描形式的CMOS 或 CCD 圖像傳感器較難滿足高速運(yùn)動(dòng)物體的拍攝需求，若提高相機(jī)的圖像采集幀率，則需要采用高性能且結(jié)構(gòu)復(fù)雜的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，大量的圖像會(huì)帶來較大的數(shù)據(jù)冗余，此外，也會(huì)面臨功耗高的問題。 相比于傳統(tǒng)的光電和圖像傳感器，生物視網(wǎng)膜具有許多不可比擬的優(yōu)勢(shì)。視網(wǎng)膜中的光感受器可根據(jù)外界光強(qiáng)的變化自適應(yīng)調(diào)節(jié)增益，能夠感知超過 180dB 的光強(qiáng)范圍。另外，視網(wǎng)膜基于事件驅(qū)動(dòng)式的采集方式，僅輸出場(chǎng)景中光強(qiáng)發(fā)生變化的信息，因而，能夠?yàn)V除低頻信息帶來的冗余。在信號(hào)處理和傳輸上，采用異步通信的方式，通過神經(jīng)節(jié)細(xì)胞將光強(qiáng)信息轉(zhuǎn)換為時(shí)空脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)低功耗。 受到生物視網(wǎng)膜的啟發(fā)，研究人員提出了基于事件驅(qū)動(dòng)方式的仿生視覺圖像傳感器，用于高速場(chǎng)景的拍攝。該類傳感器多采用對(duì)數(shù)像素電路作為光強(qiáng)探測(cè)單元，因其動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍寬，可隨機(jī)讀取。然而，對(duì)數(shù)電路在弱光環(huán)境下靈敏度低，幾乎沒有光響應(yīng)，即仍然無法模仿視網(wǎng)膜弱光下的高靈敏度，除此之外，其輸出受到 (Fixed Pattern Noise，F(xiàn)PN)的影響，降低了圖像質(zhì)量。 我們提出了一種兼容 CMOS 工藝的光敏二極管體偏置場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件(PD- body biased MOSFET，簡(jiǎn)稱 PD-MOS)，其結(jié)構(gòu)圖和等效電路如圖 1所示。 利用 PD 的感光特性以及 MOSFET 的正向襯底偏置效應(yīng)實(shí)現(xiàn)集成光強(qiáng)探測(cè)及信號(hào)放大于一體的光電器件。該器件可解決對(duì)數(shù)電路在弱光下靈敏度低的問題，并且提出了一種明暗傳感器的方案以降低噪聲。設(shè)計(jì)成像測(cè)試方案并搭建靜態(tài)圖像采集測(cè)試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)顯示，通過 MTALAB 進(jìn)行圖像恢復(fù)從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)圖像顯示功能。   圖 1 (a) PD-MOS 器件結(jié)構(gòu)及其 (b) 等效電路圖 經(jīng)過商用 180nm CMOS 工藝流程制備后的器件概貌如圖 2 所示，圖 (a) 為三種不同像素設(shè)計(jì)的芯片實(shí)物圖，從上至下分別為環(huán)形結(jié)構(gòu)、條形結(jié)構(gòu)及對(duì)數(shù)像素電路，將其中的環(huán)形結(jié)構(gòu)在顯微鏡下放大觀察可看到圖 (b) 所示的形貌，圖 (c) 為4個(gè)像素的顯微圖。   圖 2 (a) PD-MOS 成像陣列芯片的實(shí)物圖，(b) 環(huán)形結(jié)構(gòu)芯片在顯微鏡下的放大圖以及 (c) 環(huán)形結(jié)構(gòu)像素放大圖 上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示效果如圖3所示，可以明顯看出兩根頭發(fā)相交。子圖 (a) 為暗態(tài)時(shí)的 100 幀平均灰度圖，子圖 (b) 為暗態(tài)時(shí)的曲面圖，子圖 (c) (e) (g) (i) 為光態(tài)下的圖，子圖 (d) (f) (h) (j) 為光態(tài)下的圖像數(shù)據(jù)減去暗態(tài)下圖像數(shù)據(jù)的降噪圖，可以發(fā)現(xiàn)在30nw/cm2 輻照度下已經(jīng)出現(xiàn)頭發(fā)的輪廓，當(dāng)輻照度繼續(xù)增加，頭發(fā)的輪廓越來越清晰，當(dāng)輻照度達(dá)到 3mw/cm2，仍然可以看到頭發(fā)的輪廓。   圖 3 陣列芯片采集的圖像 不同于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)的圖像采集方式，生物視覺系統(tǒng)的成像由視野場(chǎng)景中發(fā)生的事件觸發(fā)，且生物視網(wǎng)膜具有寬動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍、超低功耗以及異步傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，這為仿生視覺系統(tǒng)的研究提供了全新的思路。隨著物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛以及安防等領(lǐng)域的快速發(fā)展，它們對(duì)高速動(dòng)態(tài)圖像傳感器的需求也日益提升。近些年，針對(duì)這些需求，研究人員提出了一種用于采集高速動(dòng)態(tài)信息的類視網(wǎng)膜相機(jī)，成為了一大熱點(diǎn)研究方向。類視網(wǎng)膜相機(jī)的工作原理模擬了生物視網(wǎng)膜事件驅(qū)動(dòng)型的采集方式及異步型的傳輸模式，為動(dòng)態(tài)視覺成像提供了硬件基礎(chǔ)。綜上，該類傳感器的研究具有十分重要的科研意義和深遠(yuǎn)的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

融入空間自由度，力學(xué)，生物，仿生步態(tài)等諸多跨學(xué)科知識(shí)。

以酶類結(jié)構(gòu)的金屬卟啉為催化劑，模仿生物氧化歷程，突破溫和條件下高效、專一活化氧氣的技術(shù)難 題，實(shí)現(xiàn)高附加值含氧有機(jī)化物的合成，并致力于實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用，填補(bǔ)國內(nèi)外技術(shù)空白，從本質(zhì) 上解決化工領(lǐng)域氧化過程的安全隱患。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了一種特殊多連桿機(jī)構(gòu)，能通過腕關(guān)節(jié)屈伸產(chǎn)生的自身力源，來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單抓取動(dòng)作的仿人型截肢者用假手。該假手可以用于掌部截肢者，在外觀、結(jié)構(gòu)、運(yùn)動(dòng)功能等方面進(jìn)行了仿人化設(shè)計(jì)，目的是提供一種接近人體手指正常運(yùn)動(dòng)功能的佩戴式機(jī)械仿真手指裝置。它不但具備了人體手指的屈伸運(yùn)動(dòng)功能，而且還具備了抓握、拿捏功能，其裝置小巧，外形接近人體手指大小，適合佩戴在殘缺了的手上。

模仿動(dòng)物的仿生機(jī)器人為人類探索生命規(guī)律、解決相關(guān)科學(xué)問題提供了新方法和途徑，在管道檢測(cè)、地形偵察、家庭服務(wù)及教育等方面具備廣闊的應(yīng)用前景，已被列為各經(jīng)濟(jì)大國國家發(fā)展戰(zhàn)略的重要研究方向之一。現(xiàn)有仿生機(jī)器人研究取得長(zhǎng)足進(jìn)步，但是在微小尺度內(nèi)實(shí)現(xiàn)多模態(tài)運(yùn)動(dòng)、多傳感器集成等方面存在諸多挑戰(zhàn)。鼠類兼具體型小巧、姿態(tài)多樣、適應(yīng)性強(qiáng)、社交復(fù)雜，為仿生機(jī)器人研究提供了很好的創(chuàng)新思路。本課題組以鼠類作為仿生對(duì)象，突破了微小型仿生機(jī)器人多關(guān)節(jié)靈巧設(shè)計(jì)與系統(tǒng)集成關(guān)鍵技術(shù)，研制成功了集成度高、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)能力強(qiáng)的仿生機(jī)器鼠，機(jī)器鼠具有以下基本特點(diǎn)： 1）在形態(tài)及尺寸（188×55×75 mm3）上十分接近真實(shí)鼠，擁有類似真實(shí)鼠的運(yùn)動(dòng)特征，具備12個(gè)主動(dòng)自由度，采用腿足結(jié)構(gòu)，基于行走、小跑、雙足跳躍等步態(tài)控制，可以適應(yīng)多種復(fù)雜地形，實(shí)現(xiàn)從屈膝到站立、直行、扭轉(zhuǎn)、匍匐前進(jìn)等多種仿生運(yùn)動(dòng)模擬； 2）通過融合多種材料（硅膠、ABS樹脂）及現(xiàn)代加工方法（線切割、激光加工、MEMS）優(yōu)化機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，高度集成了控制、驅(qū)動(dòng)、無線通訊、感知等模塊，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的高度集成化、小型化、輕量化，所有模塊加在一塊總重量不超過250克； 4）結(jié)合視觸覺傳感系統(tǒng)，研制出了rat-brain控制系統(tǒng)，利用AI技術(shù)可識(shí)別當(dāng)下環(huán)境中的物體，感知觸碰物體表面的粗糙度及紋理特征，以及即時(shí)定位與地圖重建。利用無線通信技術(shù)，在保證控制實(shí)時(shí)性的同時(shí)，可通過多機(jī)器鼠集群控制實(shí)現(xiàn)大規(guī)模在線任務(wù)規(guī)劃。

1、具有多項(xiàng)深海機(jī)器人自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 2、模仿藍(lán)鰭金槍魚，具備水下600米的作業(yè)能力

仿生機(jī)器人技術(shù)是近年來機(jī)器人方面最熱門的研究領(lǐng)域之一，通過借鑒自然生物的構(gòu)造、機(jī)理與表征特性，探索機(jī)器人設(shè)計(jì)和控制的未知，不斷創(chuàng)新探索機(jī)器人研究的全新可能性。 仿生機(jī)器人技術(shù)研究涉及軟材料、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、仿生學(xué)、微電子、控制和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科。在水下研究領(lǐng)域，仿生機(jī)器魚不使用傳統(tǒng)的螺旋槳推進(jìn)，而是采用仿生的擺尾推進(jìn)方式，噪音低、能耗低，不污染環(huán)境，在水下監(jiān)測(cè)、水下安全和生物科學(xué)研究

一、 項(xiàng)目簡(jiǎn)介電磁生物效應(yīng)主要研究生物體在電磁場(chǎng)下所產(chǎn)生的與生命現(xiàn)象有關(guān)的響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室建立了工頻電磁場(chǎng)環(huán)境、特高壓輸電環(huán)境等電磁生物效應(yīng)研究平臺(tái)，開展了工頻強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)正常細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞的作用影響、特高壓輸電對(duì)生物體的作用研究，進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，研究電磁場(chǎng)對(duì)生物體細(xì)胞和組織器官的影響。實(shí)驗(yàn)室開展了人體植入器件無接觸能量傳輸研究，建立了小型無線傳能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的微型化，并對(duì)系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)人體產(chǎn)生的生物效應(yīng)進(jìn)行了研究。二、 項(xiàng)目技術(shù)成熟程度電磁仿生屬于功能仿生，集電路設(shè)計(jì)、電磁兼容與防護(hù)、電磁生物效應(yīng)、仿生技術(shù)于一身，研究和模擬生物體的結(jié)構(gòu)、功能、行為及其調(diào)控機(jī)制，為工程技術(shù)提供新的設(shè)計(jì)理念、工作原理和系統(tǒng)構(gòu)成。實(shí)驗(yàn)室開展了基于仿生原理的電磁防護(hù)自修復(fù)技術(shù)的攻關(guān)研究。通過研究生物體電磁信息傳遞及抗擾機(jī)理，建立電磁仿生防護(hù)模型，探尋從模型到電路設(shè)計(jì)的領(lǐng)域轉(zhuǎn)換方法，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜電磁環(huán)境下電子系統(tǒng)的仿生防護(hù)奠定基礎(chǔ)，該研究獲得總裝備部“十二五”預(yù)研項(xiàng)目“XXXXX”資助。三、 技術(shù)指標(biāo)（包括鑒定、知識(shí)產(chǎn)權(quán)專利、獲獎(jiǎng)等情況）近年來完成河北省自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目1項(xiàng)，承擔(dān)其它省部級(jí)項(xiàng)目5項(xiàng)，發(fā)表論文數(shù)十篇，其中大部分被SCI、EI檢索，申請(qǐng)專利2項(xiàng)，已批準(zhǔn)1項(xiàng)。四、 高清成果圖片3-4張小型無線傳能系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

本發(fā)明涉及一種基于仿生原理的打結(jié)機(jī)構(gòu)，主要由固定架、打結(jié)固定架、繞線裝置、打結(jié)裝置、打結(jié)驅(qū)動(dòng)裝置、繞線驅(qū)動(dòng)裝置和動(dòng)力傳輸裝置組成。繞線裝置和打結(jié)裝置平行設(shè)置，保證動(dòng)力傳輸穩(wěn)定性，通過兩者與送繩機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)配合，提高打結(jié)成功率；動(dòng)力傳輸裝置采用多路線動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)，通過錐齒輪圓盤與錐齒輪傳動(dòng)、錐齒輪與直齒輪傳動(dòng)、齒條與繞線器直齒輪和打結(jié)指直齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸?shù)亩嗦肪€動(dòng)力的間歇性、同步傳動(dòng)；打結(jié)裝置的打結(jié)舌與打結(jié)指鉸接，打結(jié)壓板控制打結(jié)指與打結(jié)舌張開與閉合的大小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)捆繩的打結(jié)與脫扣作業(yè)。該打結(jié)機(jī)構(gòu)基于仿生原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)秸稈的整稈打捆作業(yè)，大大提高秸稈打捆打結(jié)效率，降低農(nóng)業(yè)用工成本。