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仿生表面織構起源 傳統摩擦學認為光滑表面具有較低摩擦力和磨損，反之，非光滑表面會帶來較大的摩擦力和磨損。而自然界進化過程中，某些生物的表面微觀結構具有優異的自潤滑和抗磨減磨性能，如鯊魚皮表面微溝槽表現的超低流體阻力，穿山甲表面微結構的優異耐磨抗磨性能。因此，如能掌握其機理，則可進行工業應用。 鉆頭軸承及壓裂泵柱塞密封系統仿生織構潤滑減磨設計及應用 織構化鉆頭軸承 鉆頭作為破碎巖石形成井眼的重要工具之一，在高溫高壓、沖擊動載及貧脂潤滑的惡劣環境下，其核心部件鉆頭滑動軸承易發生黏著磨損從而最終導致鉆頭整體失效破壞，亟需降耗增壽的新技術來為其安全、可靠使用和延壽經濟運行保駕護航。 發明了基于多物理場耦合的超快激光精準高效制備的冰霜輔助超快激光刻蝕分束技術（US17026096，ZL202011229792.1），形成了鉆頭軸承軸徑曲面仿生織構的納秒/皮秒的激光加工與表征評價方法；目前正在與中國科學院上海光學精密機械研究所和中石化江鉆石油機械有限公司開展鉆頭軸承織構工業化的超快激光加工與質量檢測流水線建設和現場應用研究測試，可滿足織構化鉆頭2000支的年產量需求。 建立了織構鉆頭軸承潤滑減磨性能優化設計的理論研究與實驗測試評價方法(ZL201310416270.6，ZL201710973537.X，.ZL201810946598.1）。以摩擦系數、磨損量、油膜厚度、溫升和無量綱承載能力等為評價指標，基于理論研究、單元實驗和全尺寸的臺架實驗，模擬測試工況下初步優選的圓形、橢圓形、人字形溝槽織構可使鉆頭軸承減磨性能和壽命提升50%以上。 織構化柱塞密封系統 柱塞動密封系統是油氣增產壓裂作業實施中壓裂泵裝備的關鍵部件之一，其在超高壓、沖擊動載及交變往復運動工況下，壓裂泵柱塞動密封系統易發生磨損失效而導致密封刺漏等失效，是制約壓裂泵工作性能、可靠性和作業成本的關鍵因素， 亟需創新的設計方法來提升壓裂泵柱塞動密封系統的壽命及可靠性。 發明了柱塞表面仿生織構大尺寸拼接刻蝕工藝規劃及參數優化設計方法（ZL201910892024.5）， 創新研發了柱塞織構批量化激光分束加工的軟件控制系統和配套夾具系統。 發明了表面織構化壓裂泵柱塞及其動密封系統性能抗磨減磨性能優化設計的理論研究與試驗測試評價方法(ZL201310423514.3)，基于理論模擬、單元及全尺寸臺架實驗，初步優選的圓形和橢圓形織構布置于壓裂泵柱塞表面可實現柱塞動密封系統的摩擦系數和溫升降低45%以上，壽命延長30%以上，目前正在與中石油第四石油機械有限公司和中油國家鉆井裝備工程技術研究中心有限公司開展現場應用試驗測試。 未來應用前景及市場規模預測 該技術垂直應用領域為油氣勘探開發裝備、油氣集輸裝備、通用機械裝備的潤滑、密封、抗沖蝕與減阻等領域，摩擦消耗了一次能源的1/3以上，80%的裝備失效是由磨損引起的。兩者造成的損失相當于GDP2%-7%，2019年我國的GDP為99萬億元，按5%計算約為4.95萬億元。

本成果圍繞光伏并網系統電能質量展開。基于深度學習算法，研究諧波等電能質量指標變化規律，運用特征提取技術處理時序數據，實現電能質量預測。研發基于態勢感知的電能質量調控裝置，總諧波補償率不小于 90%，補償次數 2 - 50 次。成果形式包括研究報告、調控裝置示范應用，申請發明專利 3 項，發表論文 3 篇。應用場景涵蓋光伏電站、配電網等，可提升電網可靠性與經濟性，減少設備損耗、優化調控策略、降低棄光率，為新能源消納提供支撐。

一、仿生納米藥物系統的設計構建與應用實例1 二、仿生納米藥物系統的設計構建與應用實例2 本發明公開了一種納米藥物控釋體系的制備方法，包括以下步驟：(1)制備納米級紅細胞膜囊泡；(2)制備具有光敏性的載藥氧化石墨烯；(3)制備靶向分子；(4)制備納米藥物控釋體系。本發明通過紅細胞囊泡的包埋可避免納米載體被體內某些蛋白包被形成所謂的“蛋白冠”，保證靶向分子的活性；其次紅細胞囊膜泡為人體內存在的生物相容性好，無毒副作用，不會引起排異反應；再次紅細胞的包埋囊泡可有效降低氧化石墨烯的表面自由能，增加納米藥物控釋體系的分散性；而且在氧化石墨烯上吸附了光敏劑吲哚菁綠，可結合光熱治療，進一步增強了納米藥物控釋體系的抗腫瘤效果。

關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。骨軟骨生物醫學研究日益深入，但另一方面，減少動物的使用又是一個巨大挑戰，也是人類文明進步的趨勢。因應這一挑戰，體外模型，包括多種類器官，被開發出來并用于體外生物醫學研究，有效減少了實驗動物使用數量，并提升了研究的準確性。本項目通過制備仿生模型，為骨軟骨的缺損和再生研究提供了體外、準確的研究手段。

項目成果/簡介:一、仿生納米藥物系統的設計構建與應用實例1二、仿生納米藥物系統的設計構建與應用實例2本發明公開了一種納米藥物控釋體系的制備方法，包括以下步驟：(1)制備納米級紅細胞膜囊泡；(2)制備具有光敏性的載藥氧化石墨烯；(3)制備靶向分子；(4)制備納米藥物控釋體系。本發明通過紅細胞囊泡的包埋可避免納米載體被體內某些蛋白包被形成所謂的“蛋白冠”，保證靶向分子的活性；其次紅細胞囊膜泡為人體內存在的生物相容性好，無毒副作用，不會引起排異反應；再次紅細胞的包埋囊泡可有效降低氧化石墨烯的表面自由能，增加納米藥物控釋體系的分散性；而且在氧化石墨烯上吸附了光敏劑吲哚菁綠，可結合光熱治療，進一步增強了納米藥物控釋體系的抗腫瘤效果。知識產權類型:發明專利知識產權編號:ZL201711377861.1技術先進程度:達到國內先進水平成果獲得方式:獨立研究獲得政府支持情況:國家級計劃/專項類別:國家自然科學基金面上項目，湖南省自然科學基金面上項目獲得經費:65.00萬元

圍繞無人駕駛、智能制造領域，本項目針對傳統機器視覺難以同時兼顧大視場、高分辨、實時性的技術瓶頸，從源頭打破常規成像規則，鑒于昆蟲復眼具有大視場高靈敏的優勢，以及人眼視覺具有變分辨率和冗余數據壓縮的優勢，將兩者相結合，提出一種復合仿生三維成像感知方法，通過突破變分辨掃描發射、多通道并行接收、圖像重構與成像感知算法等關鍵技術，形成了具有體系化的前沿技術成果，研發出了諸如收發探測模塊，多通道仿生曲面相機系統、在線光電檢測系統等實物成果。核心技術受到國家、省部級項目資助5項。

01. 成果簡介 本項成果應用于電廠，在電廠凝汽器改造過程中采用該仿生優化管束布置形式，可以實現換熱性能增強20%以上。該仿生優化管束布置的凝汽器，其換熱管在管板上的布置呈仿生雙連樹形布置，由仿生雙連樹疏松樹枝管束區管束、仿生雙連樹密集管束區管束、漸縮空冷區管束等組成；仿生雙連樹疏松樹枝管束區由上部傾斜向上的仿生樹枝形管束、下部水平的仿生樹枝形管束和底部向下的仿生樹枝形管束等組成。本項成果具有管束汽流流場均勻無渦流、殼側汽阻小、熱負荷分布均勻、凝結水過冷度小、凝汽器的傳熱系數和運行真空度都較高的優點，其換熱系數可按HEI計算值高10%-20%，可大幅節能。 圖1 仿生優化布置管束凝汽器數值模擬流場  圖2 某600MW機組凝汽器施工現場 在國家發改委示范工程項目的支撐下，分別在萊城電廠2臺機組、蒲城電廠1臺機組（330MW），華電鄒縣電廠2臺機組（600MW）等進行了工程示范，改造后的凝汽器壓力降低0.8-1.5kPa，節約標煤約2-4g/kWh，節能效果明顯。02. 應用前景 電廠凝汽器改造。03. 知識產權 相關成果已授權中國發明專利2項。04. 團隊介紹 團隊主要研究領域為傳熱強化與節能理論技術及工程應用研究, 負責人為副研究員。承擔國家十二五重大專項子課題、973課題、重點基金、國家發改委示范工程項目課題、科技支撐計劃子課題、國際合作等項目，曾獲國家科技進步二等獎、教育部科技進步一等獎。科研成果發表論文80余篇，申請專利70余項。05. 合作方式 商務合作。06. 聯系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn

01. 成果簡介 仿生體模從力學、聲學等物理性質上模擬人體軟組織，能夠直觀反映出組織的影像學特征，因此可廣泛應用于超聲設備校準、臨床操作訓練等。針對超聲成像和超聲彈性成像，目前已經發展了一些體模制備方法。為了克服現有技術存在的問題，如材料毒性，難以降解，以及仿生制備非均勻體模（如腫瘤體模和皮膚體模等）界面強度不夠等問題，本研究經過多年的反復試驗，在理論分析和數值仿真指導下進行實際制作千余次，發展出一種無毒、可降解多功能仿生體模制備技術，所制備的體模性能參數包括但不限于： 體模尺寸：體模最小特征尺寸可從數毫米到數十厘米之間變化，覆蓋各種人體組織的特征尺寸； 體模熔點：體模熔點可在20攝氏度到90攝氏度之間調控，覆蓋腫瘤熱消融時的升溫目標(典型值約為43—65攝氏度)。 體模楊氏模量：體模的楊氏模量可在3KPa到500kPa之間調控，覆蓋人體主要組織(如皮膚、血管、肝臟等)的楊氏模量變化范圍。 仿生微結構：體模內部可包含直徑3mm～20mm的球體或截面直徑3mm～20mm的圓柱體。能夠仿生模擬含腫瘤、神經纖維等結構的軟組織。 可3D或4D打印：實驗表明，本體模材料可作為3D或4D打印的打印墨水，從而打印出具有復雜微結構并可對外界激勵作出響應的仿生體模。      腫瘤仿生體模   皮膚體模 02. 應用前景 臨床醫用軟材料耗材，超聲設備校準、臨床操作訓練等。03. 知識產權 相關成果已申請發明專利保護。04. 團隊介紹 團隊主要研究領域為超聲彈性成像、軟材料和生物材料力學、接觸力學、計算力學等，項目負責人為教授、博士生導師。參與和承擔973、國家自然科學基金重點項目和面上項目等科研項目多項。科研成果發表SCI論文120余篇，申請專利20余項。05. 合作方式 商務合作。06. 聯系方式 lijiaoli2016@tsinghua.edu.cn y-zheng17@mails.tsinghua.edu.cn

關節軟骨損傷及其退行性病變-骨關節炎給社會帶來越來越大的勞動力損失以及患者生活質量的下降。骨軟骨生物醫學研究日益深入，但另一方面，減少動物的使用又是一個巨大挑戰，也是人類文明進步的趨勢。因應這一挑戰，體外模型，包括多種類器官，被開發出來并用于體外生物醫學研究，有效減少了實驗動物使用數量，并提升了研究的準確性。本項目通過制備仿生模型，為骨軟骨的缺損和再生研究提供了體外、準確的研究手段。

研發階段/n內容簡介：本項目以PVC樹脂或植物纖維粉（稻殼、秸稈等）為主要原料，添加熱穩定劑、填充劑、發泡劑和發泡助劑等輔助材料，通過高效塑化擠出和可控結皮發泡技術，生產硬質PVC微孔板材(包括普通板、印刷板和、覆膜板等，寬度400-1600mm，厚度3-25mm)。具有質輕、節能、難燃低煙、耐腐防潮、保溫減震等特點和能釘、鉆、刨、鑿、鉚、粘等木材加工特性，廣泛用于裝飾裝潢、商貿廣告、建筑、汽車、家具、交通運輸等行業，對推動以塑代木、以塑代金屬、節能環保等具有深遠意義。經濟效益：結皮PVC－U微發泡