基于图文多模态融合推理的产品创新方案设计方法研究

目的针对当前产品创新设计领域中对基于图像-文本多模态知识支撑创新设计方法研究不足的问题,提出了一套基于图文多模态的产品创新方案设计方法。方法首先,对设计师的设计草图与文本要求进行预处理,然后引入产品设计知识图谱来促进设计思维的发散和创新;其次,通过微调的生成式预训练变换器模型和扩散模型生成产品方案及其概念图;最后,利用深度多模态设计评估模型对产品设计方案的可行性和市场潜力进行评估。结果通过产品设计知识图谱,及深度多模态设计评估模型的引入,该设计流程可以生成富有创新性且具备可行性的产品方案。结论基于图文多模态的产品创新方案设计流程结合了最新的深度学习技术,不仅提高了设计的效率,还为设计师提供了更广阔的创新视角和灵感来源。

基于金包覆磁性纳米探针的多模态LFIA检测胃癌标志物

多模态侧流免疫层析(Lateral Flow Immunoassay,LFIA)技术能够提供不同灵敏度水平的多种检测模式,极大地提高了即时检测的实用性和灵活性,已迅速发展成为一个极具潜力的研究方向.研究中合成了一种金包裹的超顺磁性纳米晶簇(SMNC@Au)多功能纳米探针,开发了用于同时检测胃癌标志物胃蛋白酶原(Pepsinogen,PG)Ⅰ和Ⅱ的多模态LFIA传感平台.首先通过水热法合成超顺磁性纳米晶簇,然后通过种子生长法在其上涂覆一层金壳,最后用4-巯基苯甲酸修饰颗粒表面形成最终的SMNC@Au探针.该多功能探针可以提供比色、磁性和表面增强拉曼散射3种输出信号,且能通过磁力实现分析物的分离和富集,简化样本的处理.基于SMNC@Au纳米探针LFIA支持定性比色读数以及磁信号和拉曼信号的两种定量读数,可适应不同的检测场景和要求.检测结果表明,PGⅠ和PGⅡ的视觉检测限分别为10 ng/mL和1 ng/mL;磁性模式的检测限分别为0.5 ng/mL和0.1 ng/mL;拉曼模式的检测限分别为0.1 ng/mL和0.05 ng/mL.两种定量模式的检测范围为1~500 ng/mL(PGⅠ)和0.1~100 ng/mL(PGⅡ),完全符合临床诊断标准.该测定表明,所开发的多模态LFIA在不同环境下灵敏检测分析物均有较大潜力.

面向小型载荷的宽带通信信号随机共振检测方法

随着人工智能等领域的飞速发展,无人机在各个领域,尤其是现代战争中发挥着越来越重要的作用。无人机凭借其强大的灵活性和高隐蔽性优势,对现代作战具有颠覆性影响。在无人机执行战场侦察、监视、通信、电子干扰、雷达诱骗、激光制导等任务的过程中,及时探测敌方辐射信号尤为重要。随机共振方法利用特定非线性系统可以使输入其中的信号与噪声在一定条件下产生协同作用的特点,将噪声的能量转移到信号中来放大信号,是常用的微弱信号检测方法之一。窄带信号的随机共振检测技术已趋于成熟。而对小型载荷无人机监视、通信等场景下的微弱宽带通信信号,现有随机共振检测方法直接采用窄带信号的时域能量检测方法,并未基于宽带信号特点设计专门的检测方法,低信噪比条件下检测性能受限。为了满足对微弱宽带通信信号的检测要求,本文以常用的宽带通信信号为研究对象,对于单通道接收场景,提出基于宽带信号局部频谱的随机共振信号检测方法,该方法与传统的随机共振信号检测方法相比性能提升约6 dB。其次,对于更低信噪比的情况,提出一种随机共振与互相关检测相结合的双通道协同检测方法,并提出基于随机共振后两路互相关系数最大化的系统参数优化准则。典型场景下的仿真分析表明,对于单通道接收的低信噪比微弱宽带通信信号,局部频谱法可以有效提升检测性能;对于更低信噪比宽带通信信号,采用随机共振处理后的双通道互相关检测可以进一步提升检测性能。

渣油加氢催化剂活性相结构调控及对反应性能影响

开发高性能催化剂是渣油加氢提质的关键。本文重点介绍了氧化铝载体及催化剂制备方法对活性相结构和稳定性的影响。从氧化铝载体出发,分析了氧化铝表面性质(表面羟基种类和浓度、载体表面取向)、晶相(γ-Al_(2)O_(3)、η-Al_(2)O_(3)、δ-Al_(2)O_(3)、θ-Al_(2)O_(3)、α-Al_(2)O_(3)等)及孔结构(孔径分布和比表面积)对金属-载体相互作用、反应物分子在载体表面吸附和内部扩散的影响。从催化剂制备方法出发,总结了水热处理对氧化铝表面羟基、酸性、孔结构改性的方法。此外,概述了催化剂制备过程中助剂类型和硫化条件对活性相结构的影响,并分析了活性相与催化性能的构效关系。最后,指出了工业催化剂制备时大孔径和高机械强度需要匹配的问题,提出根据实际应用需求来调控活性组分在载体上的宏观分布,并展望了催化剂孔道结构设计与原位表征技术的开发等未来发展方向。

废塑料高附加值利用技术研究进展

废塑料的低降解性会对环境造成持续污染,新冠疫情的扩散更加剧了塑料的使用与累积,因此废塑料资源的高效处理成为了亟待解决的技术问题。本文分析了当前主流的几种废塑料处理技术路线,认为资源化高附加值利用技术是最具有市场竞争力与绿色环保性的废塑料处理路线。综述了近年来国内外对于废塑料资源化高附加值利用技术的研究进展,讨论了传统热裂解技术的发展与变型,通过该路线废塑料转化为燃料产品的最高收率可达97%~98%(质量分数)。重点介绍了催化转化、化学处理、生物酶化、电催化、催化碳化以及电池能源化等新型技术手段,指出通过化学、催化、生物等多种技术手段实现将废塑料转化为喷气燃料、高附加值化学品与特殊用途的功能材料是该领域未来主流的研究方向与发展趋势,其中转化为高附加值单体的收率可达97%(质量分数)以上,从而实现将塑料垃圾从“清零”的初级处理阶段升级至“变废为用”、“变废为宝”,助力中国完成“双碳”目标。

基于设计形态学的军事仿生机器人研究现状与进展

目的对设计形态学在军事仿生机器人设计领域的研究现状进行梳理、归纳和分析,为设计服务于国防建设和军事装备提供思路和参考。方法首先从设计形态学的内涵出发,结合仿生设计理论,详细解读设计形态学,如何能够通过融合多学科知识,来辅助新型军事仿生机器人研制;其次,根据军事仿生机器人作战域的不同,从陆地、水下和空中(间)军事仿生机器人3个方面展开,论述了国内外设计形态学助力军事仿生机器人发展的现状,归纳并阐述了不同类型军事仿生机器人设计的特点;最后,总结并分析了设计形态学在军事仿生机器人设计领域进行应用的发展趋势,对设计形态学助力军事装备的研究方法及研究重点进行了展望。结论设计形态学是一种强调系统的理论体系,是融合仿生学方法的生物激励模式下的设计形态创新,能够有效地支持军事仿生机器人领域的融合创新。随着人工智能技术的不断发展,设计形态学在军事仿生机器人领域的应用将逐步向人机共融智能设计方向演化。

光切三维重建技术的应用与前景

在十四五规划的大背景下,随着计算机图形学的发展和认知维度的提升,对非接触精密测量与重建的要求不断提高。光切三维重建技术以其精度高、稳定性好、寿命长、鲁棒性强等优势,被广泛应用于各种不同的目标或场景。针对该技术展开调研,介绍光切三维重建方法的原理及关键技术。详述激光三角测量技术在制造工程、建筑测绘、医疗辅助、畜牧林渔业等诸多领域的应用,重点涉及高精度、高速度、复杂物面与环境的智能测量。结合光切三维重建技术应用现状及现代科学技术潮流趋势,简析技术的发展应用前景。

Ni和Co物种对渣油加氢脱金属催化剂性能的影响

利用工业渣油加氢脱金属催化剂载体构建了三种含有不同金属活性组分的催化剂:Ni-Mo催化剂、NiCo-Mo催化剂和Co-Mo催化剂,采用XRD、Raman光谱、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD、原位FTIR等分析方法对构建的催化剂进行表征,考察了催化剂在渣油加氢脱金属反应中的性能。实验结果表明,三种催化剂具有相近的孔结构和物相结构,与NiCo-Mo和Co-Mo催化剂相比,Ni-Mo催化剂还原温度较低,易还原的八面体配位钼物种较多,易形成Ni-Mo-S活性相,表现出了较高的加氢性能、脱金属性能以及脱残炭性能。Co-Mo催化剂酸强度高、酸量大,表现出较高的脱硫性能。研究为构建更高效的劣质原油加工催化剂提供了的实验基础。

加氢裂化预处理催化剂按活性级配顺序的实验研究

基于加氢裂化预处理催化剂在不同分区反应规律,按催化剂活性由低到高和由高到低设计2种级配方案。以常规减压蜡油(VGO)为原料,对比考察2种级配方案加氢裂化预处理催化剂在不同预处理入口温度、床层温升、体积空速、反应压力下预处理效果的优劣以及长周期稳定性。结果表明:在催化剂活性由低到高的级配方案中,得到的精制油中氮含量、硫含量和芳烃含量均低于活性由高到低级配的方案;建立反应温度对于2套催化剂活性级配方案预处理效果影响的预测模型,发现精制油性质实验值与预测值偏差极小,可靠性较强;催化剂按活性由低到高级配时的长周期稳定性优于单一预处理催化剂体系,因此催化剂按活性由低到高级配使用可有效延长加氢裂化装置的运转时间。

流动微泡群瞬态空化强度时域分布的比例反馈调节

声波、血流环境及流动微泡群的稳定性都会影响焦区内瞬态空化强度在超声作用时间内的分布,从而影响基于瞬态空化的治疗效率和生物安全性。该文在搭建仿体中流动微泡群瞬态空化发生和实时测量系统的基础上,设计了基于LabView现场可编程门阵列的比例反馈控制器,在保持脉冲重复频率和脉冲长度不变的条件下,通过选择适当的比例系数,依据当前周期的声波激励下实时测量的瞬态空化强度,实时调节下一周期声波信号的峰值负压,以调控瞬态空化强度在时间上的分布。研究表明,在最优比例系数(1×10^(7))下,和开环系统相比,瞬态空化强度的稳定率提升至2.31倍,瞬态空化强度的时域下降速率减小约94.41%;在超声作用时间内总瞬态空化强度也基本达到期望水平。这些结果表明该比例反馈控制器在调控脉冲超声激励下流动微泡群瞬态空化强度时域分布的有效性,有望改进瞬态空化在相关疾病治疗中的效率和安全性。

聚多巴胺修饰电极用于水中痕量Pb^(2+)的测定

环境中Pb^(2+)的浓度是环保管控领域重要的监测指标之一,过量Pb^(2+)的存在对人类健康及环境生态稳定构成严重威胁。通过简易原位电致聚合的方法,成功地将聚多巴胺涂层修饰于电极表面,并将其应用于水中痕量Pb^(2+)的电化学检测分析。结果表明,Pb^(2+)能与聚多巴胺表面丰富的功能基团(-OH、-NH2等)发生螯合作用,并被富集于电极表面;通过阳极溶出伏安法,Pb^(2+)会从电极表面再次溶出,从而形成灵敏且具有特异性的电化学信号。通过考察电解质、pH及富集时间等实验参数对Pb^(2+)溶出电流信号强度的影响,进一步优化了该方法对水中Pb^(2+)的检测性能,其检测范围为50~800 nmol/L,理论检测限能够达到32 nmol/L。将其拓展至实际水样中Pb^(2+)的测定,平均回收率可达到95%左右。该简易电极修饰策略能够为便携式环境痕量重金属离子灵敏性检测分析传感器设计提供新的思路。

2-烷基蒽醌加氢合成过氧化氢的动力学研究

针对蒽醌法合成过氧化氢工艺,采用Pd基催化剂在温度为30~60℃、压力为0.15~0.35 MPa的条件下研究了2-烷基蒽醌加氢反应过程,并采用多元线性回归分析建立了幂指型动力学方程。结果表明:随着2-乙基蒽醌、2-丁基蒽醌、2-戊基蒽醌侧链烷基官能团空间位阻效应增大,加氢反应活化能依次提高(15.663,18.715,19.347 kJ/mol),H_(2)分压的反应级数增大,工作液中蒽醌浓度的反应级数和指前因子依次降低。在蒽醌转化率低于50%的条件下,2-乙基蒽醌加氢反应速率是2-丁基蒽醌的4.31倍、2-戊基蒽醌的6.63倍;在蒽醌法工况条件(55℃、0.3 MPa)下,H_(2)于双酰胺衍生物溶剂中的体积扩散传质系数(kLa)为0.162 s^(-1),明显优于工业常用溶剂磷酸三辛酯(0.091 s^(-1))、三甲苯(0.057 s^(-1))中的kLa。

直升机声学超材料舱壁的低频多带隙降噪特性

针对直升机舱内500 Hz以下的低频噪声控制难题,在原有直升机舱壁结构基础上引入声学超材料设计范式,提出一类低频多带隙声学超材料结构。该声学超材料结构单元内部包含4个悬臂梁式共振结构,在各个共振结构的谐振频率处能够打开局域共振完整带隙。首先,建立声学超材料结构单元的有限元动力学模型,算例分析其能带结构特性并揭示多带隙形成机理。其次,开展声学超材料样件安装于小尺寸均匀平直板前后的法向入射传声损失试验与锤击激励振声试验,发现实测的隔声提高区和传递函数幅值衰减区均符合理论预测的带隙频率范围,从而验证了理论模型的正确性。最后,在混响室-全消声室测试环境中开展声学超材料样件附加于大尺寸曲面加筋壁板前后的扩散场入射传声损失试验与激振器激励振声试验,证明即便应用于复杂结构壁板,声学超材料的带隙频段仍然显示出很高的潜力来改善隔声性能和振声行为。研究工作旨在为采用轻薄声学超材料降低直升机舱内噪声提供思路和方法。