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中科院合肥智能机械研究所

科技新闻
智能仿生技术及装置

第1期 2006年12月12日

目 录

1．仿生科技新闻 2
2．智能仿生应用 3
3．研究机构 4
4．论文论著系列摘编 5

中科院合肥物质研究院信息中心 中科院国科图学科咨询服务部

1．智能仿生科技新闻
仿生制造 网易科技报道
模物的组织结构和运行模式的制造系统与制造过程称为“仿生制造”（Bionic Manufacturing）。它通过模拟生物器官的自组织、自愈、自增长与自进化等功能，以迅速响应市场需求并保护自然环境。
仿生制造系统现在已越来越趋向于大规模、复杂化、动态及高度非线性化。因此，在生命科学的基础研究成果中选取富含对工程技术有启发作用的内容，将这些研究成果同制造科学结合起来，建立新的制造模式和研究新的仿生加工方法，将为制造科学提供新的研究课题并丰富制造科学的内涵。此外，进行与仿生机械相关的生物力学原理研究，将昆虫运动仿生研究与微系统的研究相结合，并开发出新型智能仿生机械和结构，将在军事、生物医学工程和人工康复等方面有重要的应用前景。
目前这方面的研究内容有：
●自生长成形工艺，即在制造过程中模仿生物外形结构的生长过程，使零件结构最外层各处形状随其应力值与理想状态的差距作自适应伸缩直至满意状态为止；又如，将组织工程材料与快速成形制造相结合，制造生长单元的框架，在生长单元内部注入生长因子，使各生长单元并行生长，以解决与人体的相容性和与个体的适配性及快速生成的需求，实现人体器官的人工制造。
●仿生设计和仿生制造系统，即对先进制造系统采用生物比喻的方法进行研究，以解决先进制造系统中的一些关键技术问题。
●智能仿生机械。
●生物成形制造，如采用生物的方法制造微小复杂零件，开辟制造新工艺。

智能材料

在这个新材料层出不穷的时代，智能材料也是独领风骚的一朵奇葩。智能材料是二十世纪90年代迅速发展起来的一类新型复合材料。智能材料目前还没有统一的定义，不过，现有的智能材料的多种定义仍然是大同小异。大体来说，智能材料就是指具有感知环境（包括内环境和外环境）刺激，对之进行分析、处理、判断，并采取一定的措施进行适度响应的智能特征的材料。
智能材料的构想来源于仿生（仿生就是模仿大自然中生物的一些独特功能制造人类使用的工具，如模仿蜻蜓制造飞机等等），它的目标就是想研制出一种材料，使它成为具有类似于生物的各种功能的“活”的材料。因此智能材料必须具备感知、驱动和控制这三个基本要素。但是现有的材料一般比较单一，难以满足智能材料的要求，所以智能材料一般由两种或两种以上的材料复合构成一个智能材料系统。这就使得智能材料的设计、制造、加工和性能结构特征均涉及到了材料学的最前沿领域，使智能材料代表了材料科学的最活跃方面和最先进的发展方向。

2．智能仿生应用
仿生学进入控制领域，德国研制成智能化交通控制系统 2006年07月10日
电子工业专辑—工业控制

不久前，德国科学家研制出一种初步智能化的交通控制系统，系统可以模仿生物神经系统处理视觉信息的方式，来运算分析十字路口的车流量信息，帮助交通管理部门协调路况。
如今，交通管理部门统计街道车流量的可行方法是在路面上安装感应器。但在一条已建成的街道上安装一个感应器不仅耗资巨大，而且只能测出机动车数量，不能获得车速信息。智能化交通控制系统恰好克服了这些缺点，它由数字摄像机、普通微机和一块图像信息处理板卡组成。数字摄像机拍摄十字路口的交通状况，由计算机对图象信息进行分析评估，所得结果可以传送给交通控制中心，也可以就地处理后，由计算机直接指挥红绿灯转换。
在软件上，德国科学家借鉴生物判断筛选视觉信息的方式研究出一种程序算法。通过这种算法可以判断出在一定的时间内分别将有多少辆轿车和卡车会通过十字路口，这些车辆的行驶速度如何，它们在红灯前等候多少时间，并推算出街道的拥挤程度。

医用智能仿生机械手将临床使用 2006-9-1

由哈医大四院与哈工大机器人研究所共同承担的国家自然基金项目———智能仿生机械手研究，近日获得突破性成果，目前已完成样机的研制，并将于今年底投入临床使用。业内权威人士认为，该成果具有广阔的应用前景。
课题负责人哈尔滨医科大学附属四院副院长孟庆刚教授自20世纪90年代起就开始了手外伤的系统化治疗，先后开展了新式断指残端成型术、急诊局麻下自体断离组织回植再造手指、异体骨移植的断指再造等手术，并承担了黑龙江省卫生厅课题项目1项、省教委课题项目2项、省自然基金课题2项、国家自然基金课题1项等，相继取得数个令人瞩目的优秀成果。但是，就手外伤的远期随访结果来看，由于手部解剖比较精细，神经血管纵横交错，小肌肉遍布全手，致使手部损伤的治疗要求较高，难度较大，治疗后康复期长，手完成精细动作的功能恢复多不理想。如何更好地促进外伤后手的功能恢复至关重要。
纵观国内外医疗科研领域，目前针对手指的抓握、对掌等精细动作专门进行训练的康复器具的研究尚处于空白。2003年，哈医大四院副院长、手外科专家孟庆刚教授领导的课题组与哈尔滨工业大学机器人研究所、新加坡国家医学图像研究中心共同组成了国际医疗辅助技术联合研究中心。经过近两年的努力，该中心在国内率先对手(指)运动进行建模、仿真，在进行系统的运动学和动力学分析基础上，研制出手指功能锻炼辅助治疗装置———智能仿生机械手。该装置的产生将树立手指关节功能锻炼的新概念，进一步改善手部外伤的治疗效果，最大限度的防止手指关节功能障碍的发生。

新型仿生脚“长脑子” 能根据地形调节步子　 来源: 荆楚网(武汉)　 2006-08-09
　　荆楚网消息（楚天金报综合消息）美国得克萨斯州一名男子日前装上一只新型智能仿生脚，这种仿生脚拥有人工智能系统，能根据不同的地形和地面倾斜度，作出相应的反应，被称为拥有“大脑”的仿生脚。
　　得州男子珀杜在一次意外中失去一只脚。最近，他来到当地一家医疗中心接受了一次先驱性手术，装上一只拥有“大脑”的仿生脚，成为美国第一个拥有这种智能仿生脚的幸运儿。
据介绍，这种仿生脚装有由集成电路、发动机和芯片组成的人工智能系统，它的传感器能进行自动感知，对不同地形和地面倾斜度作出反应，自行调节步子，让残疾人自如地在崎岖地面上行走。到了晚上临睡觉前，使用者还可将仿生脚取下，像手机那样将它插在插座内充电。

3．研究机构
深圳先进技术研究院
深圳先进技术研究院设立智能仿生等7个研究中心。智能仿生中心的研究领域主要有智能式机器人、穿戴式人机界面、实时快速视频监控系统、汽车智能电子、仿生系统及应用。 研究项目有：智能视频监控系统、智能式穿戴式界面。各研究中心的研究领域及其项目分别有：
研究中心 >智能仿生
研究领域：
智能式机器人，穿戴式人机界面，实时快速视频监控系统，汽车智能电子，仿生系统及应用
研究项目：
1、智能视频监控系统
2、智能式穿戴式界面
研究中心 >医疗器械
研究领域：
智能医疗仪器、传感器，生物医学工程及康复医学工程等
研究项目：
1、无线药丸式肠胃道检查机器人
2、无线医护传感器网络节点与系统
研究中心 >人机交互
研究领域：
电脑辅助医学，医学可视化，医学图像，虚拟手术和计算机图形学
研究项目：
1、虚拟解剖
2、虚拟手术
3、虚拟针灸
4、医学图像分析、可视化技术辅助医学诊断
研究中心 >计算与数据模拟
研究领域：
并行算法设计、自动并行工具研制、数据模拟与仿真、应用领域并行算法研究，为城市相关的数据处理、工业使用和大规模计算与仿真科学研究提供工具和方法支撑。
研究项目：
1、超大规模动漫制作
2、超大规模资源监测

研究中心 >精密工程
研究领域：
精密仪器与设备的设计制造；机械设备和系统的研发;生产制造过程的在线监控、诊断 和控制;计算机辅助工程(CAD/CAE/CAM);能源使用、能量储存与传递
研究项目：
1、高效热能储存微结构相变材料
2、药物制造过程的实时监控系统

研究中心 >汽车电子
研究领域：
车辆工程领域的能源变换与自动化技术，混合动力汽车的能源变换与控制技术及汽车电子与智能技术等
研究项目：
1． 新能源汽车牵引动力系统
2．汽车底盘与车身电子(电气)控制技术
3．车载信息系统

研究中心 >集成电子技术
研究领域：
射频/模拟电路技术研究和芯片的开发，同时进行模拟与数字电路的集成技术研究
研究项目：
1、无线传感器节点SOC（射频收发: 基于标准CMOS RF工艺，传感器：基于标准CMOS工艺 + 简单后工艺处理，基带: 基于标准CMOS mixed signal 工艺）。
2、RFID（CMOS RFID 芯片设计，RFID 应用系统设计）。

4．论文论著系列摘编（1）
l 智能仿生技术研究新进展
李慧 , 魏新利 , Li Hui , Wei Xinli在“智能仿生技术研究新进展”（《科技广场》2005年10期）中综述了智能仿生技术在生物医学领域、人工智能探索、新材料的开发、机械制造及化工领域等方面的新进展与前景。
美国《未来学家》预测，2006年，残疾人普遍能够用上人造器官，如；皮肤、骨骼、血液、关节等。
智能材料的研究主要依照仿生学的方法，采用各种复合技术，实现复合材料体系的多功能复合，以实现材料职能化和器件集成化。智能材料研究尚不成熟，但基本具备感知、处理和驱动三个基本要素。荷兰Holl公司推出一种新型塑料地板，用一种维尼龙和PVC制成的复合材料，有防腐、抗静电、防老化、隔热保湿性，踩上去像羊毛毯。英国也研制出一种多用途弹性水泥有较强的抗冲击和折断能力。中科院化学所江雷等人也研制出超疏水和超双疏纳米界面材料。
在人工智能方面的智能与仿生技术相结合的机器人。2002年日本本田公司发布的Asimo，能够理解人的姿态和动作并自觉行动。汽车制造行业的机器人已得到人们的普遍赞赏，医疗康复中心的机器人很好地发挥了仿生特点。预言，21世纪的机器人将更丰富多彩，更好地为人服务。
仿生制造发明的研究，国内现在利用生物脱附减阻机理，重点开展以农业机械为典型的地面机械的仿生脱附减阻研究，发展仿生清洁技术。
在化工方面，王一平等人以CTAB（十六烷基三甲基溴化铵）在液体中自组装体为有机模版，对SiO2无机分离膜的仿生制备过程进行研究，通过优化物料条件制备出SiO2分离膜。南京工大沈树宝教授主持的“仿生膜生物反应器处理废水技术和组合工艺研究”通过专家鉴定，从而表证：新型生化处理技术-膜生物反应器处理废水组合技术已成为当今环保高技术及装备的一个重要研究热点。20年代80世纪后，世界各国投巨资进行膜生物反应器开发和利用研究，美国和日本等国已将膜生物反应器广泛应用于中水道污水或有毒废水处理。我国需要高膜生物反应器数量十分巨大，由仿生膜制成的浸埋一体式膜生物反应器处理装置（反应器容量150升）性能价格比好，耐碱、耐有机溶剂、膜通量好。其中试试验出水指标达国家污水排放一级指标。
智能仿生技术的新进展将有：不粘水自清洁的仿生荷叶薄膜、仿生催化技术减低吸烟危害、仿生催化氧化制环已酮新工艺、仿生口罩器、美仿生视网膜技术 、仿生医用生物材料及健康食品、从银杏中提取仿生杀菌剂、仿生功能材料、仿真人体系列及技术、新型仿生杀菌剂、仿生耐磨钢基复合材料、仿生杀菌剂、抗菌剂纤维等。