摘要：以细径McKibben型气动人工肌肉作为执行器,研发了一种质量轻且具有良好柔顺性、灵巧性的仿生机械手.分别以直径为1.3 mm和2 mm的细径McKibben型人工肌肉模拟人手的内在肌和外在肌,以人手骨骼、关节、肌肉的生理构造为设计准则,设计并制作仿生手样机.该样机由35根人工肌肉驱动,与人手大小相仿,质量小于0.5 kg.通过实验,对该仿生手的运动性能、目标抓握能力和鲁棒性进行验证,该仿生手可以完成与人手相近的动作.

摘要：仿生手能够实现各类复杂的动作,广泛应用于工业及医疗领域。现有的刚性仿生手大多具有质量重、柔顺性差等缺陷,而柔性仿生手的控制精度低、难以实现有力的抓握。针对上述不足,以人手的生理结构为设计依据,运用3D打印技术制成刚性人手骨骼模型,以日本东京工业大学铃森康一教授团队开发的1.3 mm和2 mm直径的细径McKibben型气动人工肌肉作为柔性执行器,参考人手肌肉布局分别模拟人手的内在肌与外在肌,研发一种刚-柔耦合仿生手指。利用BP人工神经网络构建手指的运动学模型,分析手指关节运动和肌肉间的耦合驱动关系,通过试验测试结果评估模型的预测精度,通过对比解剖学的研究成果发现,提出的仿生手指在驱动原理和运动学特性上与人手具有高度的相似性。

摘要：Sagnac干涉仪在光学滤波领域有着重要应用。基于三维氮化硅波导平台,利用双层的多微环系统实现了新型类Sagnac谐振滤波系统,其中底层主微环腔分别与顶层输入/输出波导和单/双子微环实现了反馈耦合。光经耦合区域产生了两束相向传输并互相干涉的光波,从而实现了滤波波形和谐振峰位可调的滤波结构。基于传输矩阵和迭代方法分析输出光谱,通过改变波导与微腔的耦合系数设计输出光谱波形,利用金属加热电极调制主微腔的相位以调控谐振峰位。理论分析和实验表征结果表明,通过增加顶层子微环数可有效增强器件的密集滤波效果,此三维集成结构可提供更多的设计自由度。相关的多微环谐振滤波系统可以广泛应用于光通信和光传感等领域。

摘要：基于现有的果蔬采摘机械手大多是由刚性元件设计加工而成,存在质量大、柔顺性较差以及作业时容易对果蔬造成伤害等问题,而软体机械手爪(以下简称软体手)是一种由柔性材料制成,可以根据负载变化来改变自身形状和尺寸并且具有无限自由度的新型末端执行器。该文综述了果蔬采摘机械手应具备的特点以及传统采摘机械手的局限性、软体机械手爪的概念、发展现状、在果蔬采摘中的应用等相关问题,归纳了软体机械手爪在果蔬采摘作业中的先进性和优势,并分析了几种常见驱动方式的软体机械手爪在果蔬抓取作动过程中的优缺点,探讨了果蔬采摘装置的建模、控制等相关问题以及未来的发展趋势,可为果蔬无损采摘机械手的研制提供新的思路和方法。

摘要：利用基于α-溶血素(α-HL)的纳米通道单分子检测技术在单分子水平上探测位于肿瘤抑制蛋白P53 DNA结合域的多肽分子(P53-P)与含有p21waf1/cip1基因结合域的双链DNA(B40)之间弱相互作用.在电场力的作用下,单个P53-P/B40复合物被α-HL纳米通道捕获并限制在其前庭中.通过空间限域作用,P53-P与B40之间的弱相互作用被放大为具有显著电压依赖性的复合物-α-HL间强烈的相互作用,从而产生极易分辨的离子流特征阻断信号.统计分析特征阻断信号显示P53-P与B40之间的弱相互作用使得B40产生微小的构型变化.分子对接模拟进一步证明,P53-P能够插入B40的小沟并使得小沟间距变窄.因此,基于α-HL的纳米通道单分子检测技术可以作为研究单个生物大分子间弱相互作用的超灵敏分析方法.

摘要：太赫兹科学技术在光谱、成像、传感、生物医药、安全检测等方面展现出了巨大的应用潜力和价值。基于新材料和新机理,研发高效、超宽带和低成本的太赫兹光子学器件是太赫兹科学技术的重要挑战。近年来的研究表明,太赫兹光子学和超快自旋电子学深度交叉,获得了很大的关注。本文对超快太赫兹自旋光电子学所研究的物理机理和器件设计应用进行讨论。在物理机理研究方面,阐明了太赫兹脉冲为研究超快自旋电子学提供强大工具,实现了太赫兹驱动自旋波,探测自旋输运和超快磁测量。在器件设计与应用方面,介绍了基于自旋的新型太赫兹光子学器件,包括自旋太赫兹辐射源的优化方法,自旋太赫兹调制器的工作原理,自旋太赫兹探测器的设计方案。超快太赫兹自旋光电子学不仅有助于人们理解宏观自旋电子学现象背后的微观物理机制,而且有望实现高效的太赫兹光子学器件和光谱学应用。

摘要：传感器是能将外部物理激励转换为电信号的核心器件。随着物联网、生物医疗、人工智能等新兴领域的发展,传感器的性能与其适用环境的标准愈来愈高,全球的科学技术研究学者在不断地探索各类新型传感器技术。近年来,具有新材料、新结构、高性能的柔性传感器已被广泛报道,其材料选择、结构控制、制备工艺流程等技术不断完备。其中,柔性压阻传感器的工作原理是将一系列的外加压力信号转换为电信号。性能优异的柔性压阻传感器具有高灵敏度、高线性度、大测量范围、快速响应和高重复性等特点。传感器的微观结构是决定其性能的主要调控因素。传统的传感器表征测试方法只能静态地测量器件的结构,却无法在器件工作状态下实时地、动态地监测材料结构和化学成分的变化对其电学性能的影响。原位表征测量技术的出现可以解决上述问题,为进一步提升传感器性能提供了直观的实验支持。与此同时,单一传感器不能满足信息时代的技术需求,阵列化、智能集成系统成为未来传感器技术发展的主流趋势。智能传感系统不仅具备柔性压阻传感器采集信号的功能,还将传感器与设计的集成电路相连,通过电路对采集到的数据信息进行传输与处理,使用人工智能神经网络算法进行计算,完成数据的智能分析与处理,最终将数据传输到终端显示,展示出人体生理健康信息监测所需要的信息与智能化分析结果。本文主要归纳了近年来柔性压阻传感器的智能化进展,结合原位表征技术阐明了柔性压阻传感器的微观结构与性能的关联机制,探讨了基于柔性压阻传感器的智能系统构筑,最后展望了柔性压阻传感器与多功能智能传感系统未来的发展趋势及研究重点。

摘要：回顾了近年来利用超快自旋动力学过程产生太赫兹(THz)辐射的研究进展。介绍了基于逆自旋霍尔效应和逆Rashba-Edelstein效应的瞬态自旋流-电荷流转换,指出铁磁/非磁性异质结构已被用于设计低成本、高效率的THz辐射源。通过优化膜厚、生长条件、衬底和结构,可进一步提高基于自旋电子学的THz发射器的效率和带宽。简述了THz发射光谱在研究超快自旋泽贝克效应形成动力学中的应用。

摘要：目的·根据粪便样本宏基因组学数据建立肠道菌群标签,探索用于筛查与诊断大肠癌的非侵入性方法。方法·共纳入285例样本,根据随机森林分类算法筛选出与大肠癌发生密切相关的特征细菌;利用6种机器学习分类模型建立大肠癌的诊断模型,并进行内部和外部验证。结果·首先筛选出了9种与大肠癌发生密切相关的特征细菌,利用这9种细菌建立了6种诊断模型。其中随机森林模型准确率最高(达0.847 7),其在内部验证集和外部验证集中的准确率分别为0.815 8和0.734 4,在全集中受试者工作特征(receiver operating characteristic,ROC)曲线下面积(area under curve,AUC)为0.894。结论·根据粪便样本的宏基因组学数据,利用随机森林算法建立了由9种细菌组成的诊断大肠癌的菌群标签,能够有效对健康者与大肠癌患者进行区分。

摘要：目的·探究基于非负矩阵分解(NMF)模型构建胃癌分子分型对预后评估的作用。方法·从GEO下载胃癌样本转录组芯片数据集分别作为探索集和验证集,挖掘lnc RNA数据集,利用Consensus Cluster Plus软件包构建NMF分子分型模型。评估各亚组与患者预后及各项临床指标的相关性。结果·基于NMF模型将所有样本分为高危、中危和低危3个亚组。结合临床病理信息,发现复发时间、淋巴结转移阳性率、Lauren分型、TNM分期、发病年龄在3个亚组间的分布差异具有统计学意义。在GSE62254和GSE15459中生存分析提示高危组复发时间更短,多因素Cox风险比例回归分析提示基于NMF模型的分子分型是胃癌预后的独立预测因子。基因集差异分析(GSVA)和基因集富集分析(GSEA)发现高危组富集多个与肿瘤发生相关的通路。结论·基于NMF模型构建的胃癌分子分型对胃癌患者预后评估具有一定的指导意义。