在科技浪潮奔涌的当下,智能传感技术可谓是社会进步与产业升级之路的重要技术。卢昀博士凭借其超凡的智慧与持之以恒的钻研精神,成为这一领域的领军人物。他不仅在学术研究上成果斐然,更致力于推动科研成果的落地转化,为医疗康复等诸多领域带来了翻天覆地的变革。
学术征程:厚积薄发筑根基
卢昀博士的学术之路始于桂林电子科技大学信息科技学院。对机械零件的兴趣让他本科阶段全身心投入学习,为机械设计制造及其自动化专业打下坚实基础。在校期间,他多次参加学术竞赛并获奖,在学术竞赛中表现出色,成为“学术之星”。为追求更高学术境界,他前往澳大利亚卧龙岗大学深造。硕士阶段主攻机电一体化工程专业,首次深入智能传感器技术领域。在导师指导下,他参与多个研究项目,汲取核心技术,崭露头角。博士阶段,研究延伸至材料学领域,取得突破性进展。研发的高性能柔性压电能量传感器,攻克了传统压电器件难以兼顾“柔性”与“高性能”的难题,成果受国际学术界关注,为后续研究奠定基础。
2021年,卢昀凭借卓越的科研潜力与国际化视野,成功入选全国博士后管委会办公室与安徽省联合设立的《博士后国际交流计划》资助项目。该计划竞争极为激烈,每年仅遴选5人,且其中3个名额定向外籍优秀人才,卢昀作为本土学者突围入选,彰显其科研实力获国际认可。博士后研究期间,他聚焦磁流变技术与医工交叉领域。在中科大实验室,他成功开发意图识别与柔性传感系统,为医疗康复带来新希望。2023年至今,卢昀博士受聘为广西科技大学自动化学院副教授、硕士生导师,持续深耕智能机器人领域,围绕智能传感技术开展前沿研究。
(图:卢昀参加第15届IEEE国际电子测量与仪器学术会议)
科研创新:突破瓶颈引变革
卢昀博士研究的智能传感器相关领域,涉及直流变弹性体和压电材料等核心底层材料,这些研究成果为智能机器人在柔性传感以及触觉传感领域的研究工作提供了至关重要的支撑。传统传感器仅能测压,无法感知物体软硬,限制机器人复杂环境操作。卢昀博士利用PMN-PT单晶特性,开发新型传感器,可精准测压并同步感知软硬,实现力与软硬感知融合,突破技术瓶颈,为精细触觉感知场景提供技术支持。
机器人本身并不具备像人类那样的感觉受体,因此需要通过安装传感器来实现触觉感知。机器人传感器的发展已有多年历史,早在第一次世界大战前后就出现了早期的传感器样品。然而,早期的传感器,包括直到上世纪九十年代的传感器,体积都相对较大。直到2000年之后,才逐渐发展出柔性薄膜材料,使得传感器能够像人类表皮一样轻薄且具有柔性。尽管传感器的形态发生了很大变化,但其工作机理与过去相比并未有太大改变,因此过去工作机制中存在的问题也一直延续下来。例如,常见的传感器使用压阻材料来实现力的传感,但压阻材料只能测量压力,即通过物体受力后产生的形变给出数值,仅依靠这种力触觉是无法完全实现仿生的。
卢昀指出,人类及其他动物不仅能够感知物体施加的压力大小,还能通过接触行为判断物体的软硬特性,并据此进一步评估该物体是否安全。然而,仅有力传感器的机器人是无法做到这一点的。 当前,无论是产业界的主流机器人产品,还是各大科研机构自主研发的机器人系统,在触觉感知领域仍存在显著的技术瓶颈。具体而言,如何使机器人具备类似生物体的触觉传感能力——包括精确的力觉感知以及物体软硬度识别——始终是行业亟待突破的关键技术难题。
针对这一挑战,卢昀创新性地采用压电单晶材料,通过其特有的压电效应实现力觉传感。基于物理建模与仿真计算的理论分析,卢昀发现通过特定设计,可以利用阻抗特性间接探测物体软硬度。卢昀博士指出,该技术实现了单个传感器元件的多功能集成,使机器人触觉感知能力显著逼近生物本体水平。此项技术的突破性体现在两个方面:首先,突破了传统传感器工作机制的限制,实现了力觉与软硬度感知的双模检测;其次,创新性地将多种触觉功能集成于单一传感单元。目前,该技术目前处于国际领先水平。
学术影响力:成果斐然享盛誉
卢昀博士在智能传感器、磁流变技术及医工交叉领域的创新研究成果,在国际权威期刊上大放异彩。他的代表性论文发表于《Nano Energy》《Journal of Materials Chemistry A》等核心期刊,研究成果被国际、国内同行专家引用超过300次,充分彰显了他工作的学术影响力与研究价值。
以2019年在《Nano Energy》期刊发表的论文为例,该研究通过聚酰亚胺和铋镧铁氧体 - 钛酸铅颗粒的复合材料,成功开发出了具有突破性性能的柔性压电能量收集器/传感器。与同类产品相比,这款研发的器件能够产生更高的电压输出,在更宽的温度范围内保持稳定的工作性能,特别适合作为微型电源或传感器应用于恶劣环境。该器件对人体运动表现出优异的响应能力,其卓越的柔性和灵敏度验证了其作为传感器的实用价值。此外,研究采用的制备工艺简单、成本效益高,为其他类型压电材料的柔性能量收集器制造提供了可推广的技术方案。
2020年,他在《Journal of Materials Chemistry A》发表的论文中,研发出了创新型压电 - 摩擦电混合能量采集器。该研究通过创新性地结合单电极摩擦电和叉指电极压电的混合架构,并采用耐高温BF - BT/PI复合材料,首次在单一器件上同时实现了无铅化、耐高温和高功率输出三大突破,为能源自主供给提供了创新解决方案,在工业物联网和极端环境监测领域具有广阔的应用前景。
产学研医合作:跨界融合惠民生
卢昀博士凭借深厚的学术造诣与前瞻性的科研视野,积极投身于产学研医合作项目中。他先后与安徽省立医院、同济大学附属上海市养志康复医院以及科大讯飞子公司安徽爱博智能科技有限公司展开深度合作,共同攻克技术难题,为医疗康复领域带来了创新性的变革。
在医疗康复领域,准确识别患者的康复意图对于制定个性化治疗方案至关重要。然而,传统方法存在诸多弊端,限制了其在临床上的广泛应用。卢昀博士与安徽省立医院携手研发非侵入式意图识别系统。医院提供了丰富的临床病例和专业的医疗指导,卢昀博士团队则凭借在智能传感和信号处理方面的技术专长,开发出了可穿戴的超声设备。该设备通过监测肌肉图像,能够精准识别患者的动作意图。在临床应用中,这一技术为偏瘫患者带来了新的希望。多位长期受偏瘫困扰的患者,在使用该系统后,能够通过自己的动作意图控制康复训练的节奏和强度,积极性大幅提高,肌肉力量明显增强,生活自理能力也得到了显著提升。此次合作不仅为偏瘫患者的康复带来了新的曙光,也为智能传感技术在医疗康复领域的应用提供了宝贵的实践经验。
在康复机器人领域,卢昀博士与安徽爱博智能科技有限公司合作开展了面向中风症后群的下肢外骨骼研发项目。双方团队充分发挥各自的技术优势,安徽爱博智能科技有限公司在机器人硬件设计和制造方面经验丰富,卢昀博士团队在意图识别和智能控制领域研究基础深厚。在研发过程中,团队面临着诸多技术挑战,其中意图识别需要精确感知中风患者的运动意图。经过大量的实验和模拟,不断优化可穿戴意图识别系统的设计和识别算法,团队最终成功开发出了能精确感知患者运动意图进行精确辅助的下肢外骨骼。这款外骨骼具有实时调整辅助比例的功能,能够根据用户的运动状态和意图智能提供助力,更加轻便、灵活,提高了用户的舒适度和康复效果。此次合作推动了意图识别技术在康复机器人领域的应用,为下肢外骨骼的发展开辟了新的方向。
未来展望:砥砺奋进谱新篇
未来,卢昀博士计划在延续现有技术研究的基础上,进一步拓展研究领域。在人工智能方面,他考虑参考分布式系统的思路,将人工智能融入到现有传感器系统中,让传感器具备自主判断能力,从而减少中央处理器的负担。同时,结合自供电技术,形成可独立工作的传感系统。在机器视觉领域,他致力于探索多模态感知或传感,实现视觉、温度觉等多传感融合。
卢昀博士认为,未来十年智能传感技术将悄然改变人类的生活,例如烟雾报警器无需更换电池、交通信号灯更加智能、天网布置更加灵活等,让人们的生活更加便捷、安全和高效。卢昀博士也将继续在智能传感领域砥砺前行,为推动科技进步和社会发展贡献更多的智慧和力量(文/梁敏)
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