东南大学2019年“挑战杯”课外学术作品重点备赛项目成员征集

 项目类别

科技发明制作硬件/科技发明制作软件/自然科学类学术论文

指导教师

姓名

所在单位

职称

1

蒋卫祥

信息科学与工程学院

教授

2

崔铁军

信息科学与工程学院

教授

3

程强

信息科学与工程学院

教授

项目简介：

本作品依托基于超材料的高效微波无线能量传输（Microwave Power Transmission，MPT）技术，旨在改变使用常规的天线作为捕获电磁能量装置接收微波无线能量效率不高的现状。本作品应用超材料技术来设计电磁能量接收装置以提高电磁能量的接收效率，主要创新包括：（1）本作品所设计电磁能量捕获器的接收效率达到90%以上，有效地改变传统电磁能量接收天线的效率不足70%的现状；（2）通过将谐振单元结构等效为电路模型，用等效电路方法来分析和设计谐振单元结构，可提高单元工作效率且单元谐振频率可自由设计；（3）馈电网络以等幅同相特性作为目标函数进行设计和优化，使得电磁能量接收器在不同位置时，接收效率能够达到最大。

作品的实际应用价值和现实指导意义：

微波无线能量传输技术的应用较为广泛，如远距离两点之间供电、医疗、高空飞行器、便携式消费电子设备及便携式工业设备的无线充电。这些移动设备一旦电力耗尽，如果用户必须用电缆连接到插座中进行充电，则极大地限制了设备的移动性。而且随着科技的进步，移动设备不断小型化，与之配套的充电设备也需要显著减小。微波无线能量传输技术成为了解决这一难题的热门技术，它可以实现移动设备的彻底“无尾”化（即充电或持续性供电时不用电缆连接移动设备与电源），从而可以大大改善移动设备的用户体验。微波无线能量传输作为无线输电技术的一种，具有在大气中传输衰减小、传输距离远、功率容量大等优点。

随着微波无线能量传输技术的发展，人们对能量接收端的效率、尺寸、功能都提出了更高的要求。其中，接收效率尤为关键。超材料技术的出现给电磁研究带来了新的途径。本作品通过设计超材料结构，可将照射面上的空间微波能量完全捕获后转换成直流电后提供给负载或电池但转换效率远高于传统的接收天线的捕获效率。在负载部分可用整流电路代替，将负载采集到的能量通过整流电路转化为直流。在可预见的未来，本作品极有可能成为无线充电技术前沿研究领域的有益尝试，将在医疗、军事、高空飞行器、便携式消费电子设备及便携式工业设备等无线充电中大放异彩。

 项目类别

科技发明制作硬件/科技发明制作软件/自然科学类学术论文

指导教师

姓名

所在单位

职称

1

程强

信息科学与工程学院

教授

2

金石

信息科学与工程学院

教授

3

崔铁军

信息科学与工程学院

教授

项目简介：

本作品利用超材料的非线性特性来构建无线通信系统，取代了传统超外差结构中的射频与天线组件，实现了系统的低成本和高效率。主要创新包括：（1）通过人工调控超材料的非线性特性与表面幅相特性，可实现通信载波的任意变频，以及辐射波束的动态扫描；（2）通过超材料单元的优化设计，可实现电磁波的幅相独立调控，为MIMO等通信技术提供可靠的技术支撑；（3）通过超材料单元的编码技术实现了多载波的产生及其动态控制。

作品的实际应用价值和现实指导意义：

随着通信技术的快速发展以及手机、平板电脑等移动终端大量普及，现代社会对信息处理的速率和容量要求越来越高，需要的信息通信技术满足其快速、大量传输的要求。近年来，与5G相关的下一代通信技术研究热度日益増温，在全球的信息通信掀起了一股热潮，各国纷纷投入大量资源用于新型通信技术的研究和开发，进而推动工业自动化、大规模物联网、智能家居、自动驾驶等产业的发展。本作品将超材料与新型通信技术相结合，突破了传统的通信系统架构，可大幅降低系统成本，提高系统效率，为下一代无线通信技术提供了全新的解决方案。

 项目类别

科技发明制作硬件/科技发明制作软件/自然科学类学术论文

指导教师

姓名

所在单位

职称

1

顾宁

生物科学与医学工程学院

教授

2

张智珺

医学院

教授，主任医师

3

孙剑飞

生物科学与医学工程学院

研究员

项目简介：

本作品依托自主研发的、目前唯一获得中国FDA批准临床使用的磁性纳米颗粒药物—瑞存的特殊磁学性质，结合研发的新型脉冲磁场，在动物上率先开展抑郁症的物理治疗研究，旨在突破目前抑郁症药物治疗起效慢、给药时间长、疗效差以及普通磁刺激只能浅表皮层刺激的缺点，研发新的高效的抑郁症治疗范式，并将其推广到其他神经系统疾病治疗中。主要特点包括：1）确立磁性纳米颗粒药物结合脉冲磁场治疗抑郁症小鼠的最优治疗参数；2）探讨这种新的治疗策略活化特定神经环路的物理机制；3）明确这种新的治疗策略活化特定神经环路的生物学机制。

作品的实际应用价值和现实指导意义：

    随着社会生活工作节奏的加快以及环境的变化，以抑郁症为代表的神经系统疾病越来越成为人类公共健康的重要威胁。这类疾病因为发生在脑部，与人类的认知等神经环路相关，因而机制复杂，较难找到精准的治疗靶点，并进而通过药物进行有效治疗。作为一种无创的物理治疗方式，磁场已被发现具有活化神经细胞及环路的作用。但是因为磁场随距离快速衰减，通常磁刺激只对浅表皮层有刺激作用，并且强度较大，不易精准控制，从而限制了这种技术的广泛使用。通过本作品的研发，至少可以说，在可以预见的未来，在各方面的共同努力之下，我们极有可能开发出一种新的物理治疗模式，成为神经系统疾病新的有理治疗手段，成为药物治疗之外一种高效的治疗方式，为全人类的健康造福。将在神经科学、认知科学以及意识控制等领域大放异彩。