水下光谱仪

近期，中国科学院半导体研究所研发的“水睛”水下高分辨率环视摄像机完成了针对水下礁盘的摸底海试工作。海洋观测是开发海洋资源、保护海洋生态的关键技术，受到全球的关注，但是目前海洋生物群落及环境变化监测技术仍无法满足海洋大时空数据获取的需求，特别是深海。光学成像技术可提供高分辨率、符合人眼视觉特征的图像，但是在保障高分辨率的前提下存在视场小的问题，难以实现大范围的海底详查的需求。针对此种情况，半导体所周燕、王新伟及其科研团队研制了水下高分辨率环视摄像机“水睛”，可实现水下高分辨率大视角的光学成像，具备180°下视走航观测和360°原位环视观测两种模式（图1）。本次海试中，“水睛”搭载半导体所海面移动光学试验平台“冲浪者”号（图2），在约1000平方米海域进行了水下高分辨观测，完成了海上走航式观测、定点原位观测等摸底性观测试验，验证了设备具备5900万像素下良好的实时彩色成像功能。图1 水下环视摄像机的下视及环视工作模式（上图下视模式，下图环视模式）图2 搭载冲浪者号走航式观测过程中的“水睛”摄像机此次海试，研究人员利用水下摄像机多次完成了礁盘生态系统的观测，拍摄了大量的珊瑚、海星、贝类、鱼类等，形成了水下光学彩色图像库（图3），可用于海洋光学图像处理、目标识别等算法研究。图3海域美丽的珊瑚、鱼类、海星、砗磲等除珊瑚及鱼类等生物要素外，本次海试中，在海底还发现了生物附着的碗和盘子各一只（图4）。图4 生物附着的盘子和碗此次海试由半导体所和南开大学共同组织完成，除“水睛”摄像机外，还利用多参量海洋水体测量系统完成了海洋温盐深、核素、水体光学衰减系数等海洋水体多物理化学参量采集。相关工作得到了南方海洋实验室、中科院青促会项目的经费支持。 图5 项目团队及设备在海试现场

项目详细信息如下：一、项目编号：OITC-G220DY0101二、项目名称：中国科学院南海海洋研究所水下水面光谱测量系统采购项目三、预算金额：107.0000000 万元（人民币）四、采购需求：包号货物名称数量简要技术规格是否允许采购进口产品采购预算（人民币）1水下水面光谱测量系统1套详见技术部分是107万元合同履行期限：合同签订后的4个月内交货本项目( 不接受 )联合体投标。时间：2022年10月24日 至 2022年10月31日，每天上午9:00至12:00，下午14:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：http://www.oitccas.com方式：登录东方招标http://www.oitccas.com/注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和五、提交投标文件截止时间、开标时间和地点提交投标文件截止时间：2022年11月15日 14点30分（北京时间）开标时间：2022年11月15日 14点30分（北京时间）地点：广州市海珠区新港西路164号实验楼西500会议室六、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：中国科学院南海海洋研究所　　　　　地址：广州市海珠区新港西路164号　　　　　　　　联系方式：020-89020869　　　　　　　　　　　　　　　　2.项目联系方式项目联系人：林杨婷、叶明电　话：　　020-87001523

水下原位微塑料检测系统的研发对于评估海洋微塑料污染状况具有重要意义。然而，由于在水下环境中难以实现连续、原位的微塑料采样富集和鉴定分析，微塑料的水下原位检测仍然是一项技术挑战。近期，中国海洋大学郭金家教授团队对相关技术进行了深入研究。该研究基于显微拉曼光谱技术首次研制了一种新型水下原位微塑料检测系统，并通过海上实验对其性能进行了评估。海试过程中，系统成功获取到了不同悬浮物的显微图像和拉曼光谱，实现了海水中微藻、PP微塑料颗粒、有机物、沙粒等不同种类悬浮物的准确识别。相关成果以“A new underwater in-situ microplastics detection system based on micro-Raman spectroscopy: development and sea trials”为题发表在Measurement期刊。本研究得到了崂山实验室（LSKJ202203500）、国家重点研发计划（2022YFC2803800）、国家自然科学基金（62205170和42206194）的资助。近年来，海洋环境中微塑料污染问题日益凸显，对水生生态系统、海洋生物和人类健康带来了严重威胁。因此，深入调查和全面评估海洋微塑料污染状况显得尤为迫切和必要。当前，海洋微塑料的分析通常需要通过拖网、泵抽等方法进行样品采集，然后将样品转移至船上或实验室后进行鉴定，这一分析流程复杂且耗时。与其他鉴定方法（如目视分析法、傅里叶红外光谱、扫描电子显微镜-能谱仪联用法、质谱法等）相比，拉曼光谱因其受水分干扰较小的特点在检测水中微塑料方面具有明显优势。然而，商业化的拉曼光谱仪对检测环境的稳定性要求极高且价格昂贵，这在一定程度上限制了其在现场和原位检测水中微塑料的应用。因此，亟需开发一种适用于海洋微塑料研究的水下原位检测系统，以应对海洋环境微塑料污染的挑战。综上所述，水下原位微塑料检测系统具有为海洋微塑料污染调查研究提供新型有力工具的潜力，为海洋微塑料污染监测提供技术支持。然而，目前尚未有关于此类传感器的报道。针对水下原位显微拉曼微塑料检测系统的研发需求，团队采用步进电机驱动滤网翻转的巧妙设计，克服了水下环境中微塑料连续采样富集和滤网清洁的技术难点，提高了系统的长时间水下工作能力。另外，显微成像和拉曼光谱的结合可以同时表征微塑料颗粒的形貌信息和组分信息。这是水下原位微塑料检测的首次尝试。综上所述，所报道技术可为该领域传感器的研究提供重要参考，为海洋微塑料污染调查研究提供了一种新的技术手段。

2014年，江苏中海达（300177）海洋信息技术有限公司选址落户在江北新区智能制造产业园北斗大厦，开始在导航定位技术、水下声呐技术、无人平台技术等相关领域发力突破。而在当时，水下测量领域几乎被海外产品垄断，海外产品市场占有率达95%以上，并且价格昂贵。中海达的目标就是“实现高端水下测量国产化”。　　水下放大镜——　　声学多普勒流速剖面仪　　“我们的征途是星辰大海！”中海达海洋公司常务副总经理周正朝在谈及公司主营业务时说道。既然踏上征途，那么一定要有“硬核科技”加持，才能让星辰大海的奥秘熠熠生辉，而这一切的基础便是声呐技术。　　“利用声波在水下的传播特性，通过电声转换和信息处理，完成对水下目标进行探测、定位和通信，这也就是我们俗称的声呐。”周正朝介绍，这款声学多普勒流速剖面仪（ADCP）通过换能器向水中发射超声波脉冲，并接受水体反射信号，获取水中颗粒物的运动轨迹和水体分层流速信息，从而测量出水流的速度。　　据了解，这款ADCP由中海达海洋公司自主设计、研发和生产，是国内首个量产化的产品。其作为水文行业流速、流量测验的利器，目前广泛运用在河流、航道流量测验及海上流场水文调查等领域。　　“安全、可靠、便捷、精确，是我们研发产品的核心追求。我们相关产品的综合性能已经达到国际先进水平。”周正朝表示，企业以ADCP为主力，配合中海达的其它产品，无论是面对高泥沙还是大流量，都能应对自如。　　位于山东省济南市泺口镇黄河大堤南岸的泺口水文站，常年为国家防总和黄河防总测报水情，由于汛期来临，受黄河上游调水调沙及冲刷的影响，黄河山东段的河水含沙量大，流速和流量增加，使得泺口水文站一直面临在较大含沙量环境下测流的难题。　　“面对这样的情况，我们除了配备专业的ADCP，还派出了我们研发的最新测深仪和定位定向仪。中海达海洋公司推出“全明星”（改单引号）阵容，最终克服大含沙量的恶劣条件影响，完成了测量作业任务。”周正朝自豪地说。　　乘风破浪向前去——　　iBoat智能无人测量船　　“要ADCP发挥出功效，所用载体平台非常重要。”周正朝说，这就要瞧瞧我们的iBoat智能无人测量船了。　　中海达iBoat系列智能无人测量船，配备中海达测深仪，及HiMAX控制测量集成软件。船体采用载重型三体船设计，拥有阻力小、载重大、航行平稳、小巧轻便、可单人作业、运输方便等特点。“如果是使用传统航标船测量的话，体积大、油耗高自不用说，而且需要配足人手，无法进行单人操作。现在有了无人测量船，一个人就能搞定。开车的话，直接把船放在后备厢就行，简单便携。”　　至于动力，中海达iBoat系列智能无人测量船标配智能化电池，高度集成，超大容量，而且外置可拆卸，更换电池只需三分钟。“所有测量结果都可以一体化导出，效率大大提升。”透过周正朝手持的控制台，所有信息在显示器上一目了然。　　这款酷炫的无人测量船现在已经广泛应用于内陆水域的河道断面测量、水库库容测量、淤积土方测量、港口施工测量、航道水深测量等专业领域。　　在安徽省怀远县境内的淮河河道，中海达iBoat系列智能无人测量船承担着水下地形测量的重任。在作业过程中，iBoat BSA智能无人测量船既可以自动生成航迹线，又可以现场手动布线。所谓手自一体，也在无人测量船上实现。当经过复杂水域环境时，iBoat BSA智能无人测量船能轻松穿越水上树林，获取水深数据。　　通过作业，iBoat BSA智能无人测量船获取了高精度的水下地形测量成果，为淮河流域的河道管理、非法采砂治理等工作的科学决策提供了可靠的数据依据。　　侧扫声呐上阵——　　水下无秘密　　除了声学多普勒流速剖面仪和无人测量船，中海达海洋公司还自主研发了单波束测深仪、双变频测深仪、浅水多波束测深仪、惯性导航系统、侧扫声呐等专业设备。　　近期，在东海某海域海上风电装机的升压站周边基础地形和海底电缆路由监测任务中，中海达海洋公司投入多台设备进行协同作业，对浅埋海底电缆进行搜寻、探测，并评估其冲刷状况，从而获取更加详实、精确的水深地形数据及水下结构图像。　　“iSide 5000多波束侧扫声呐兼具低速和高速两种模式。低速模式为单波束双频侧扫，高速模式为高频多波束侧扫。一般的产品会随着量程的增加导致分辨率下降，但这款产品就能做到高速高分辨力全覆盖侧扫。简单来说，就是出来的图像更清晰，工作覆盖的监测范围更大、更精确。两种模式的搭配使用好比汽车的闭缸技术，既能做到高品质，又兼顾经济实用。”周正朝介绍。　　随着产品技术和质量的不断提升，作为国产高端水下探测装备的中坚力量，中海达海洋公司的许多产品也已走出国门，远销海外。“希望通过我们的努力，为国家在海洋探测和水文水利领域提供先进的科技支持和保障，也希望能有更多的人在我们产品的助力下，去深入了解大川大河，浩瀚碧海。”周正朝说。　　江河湖海，孕育生命万物，塑造人类文明。作为这颗蔚蓝星球上普遍又神秘的存在，其最深处的景色无时无刻不在召唤着我们。一切正如凡尔纳所言：“这是一种超自然而又神奇的生命载体，它是运动，是爱，像一位诗人所说的，是无垠的生命。”　　中海达海洋公司所研制的海洋探测和水文水利产品，如同一艘艘承载梦想和使命的鹦鹉螺号潜艇，有了它，我们能更加轻松、便捷、从容地化身为阿龙纳斯教授和尼摩船长，潜入那令人心驰神往的水波，漫游在海底两万里。

一、项目基本情况1.项目编号：HYHA2024-3086项目名称：中国海洋大学黑体测量系统、飞秒光纤激光器等设备采购项目预算金额：690.980000 万元（人民币）最高限价（如有）：690.980000 万元（人民币）采购需求：包号货物名称数量简要技术需求1液晶器件制备测试系统1简要技术需求详见招标公告附件。黑体测量系统1光栅分光光学系统12像增强相机1近红外显微相干拉曼光谱系统1飞秒光纤激光器13水声信号发射与接收测量系统1声信号功率放大系统14未来海洋智能科创教学设备15水下光学计算成像平台16人工智能训练平台1预算金额及最高限价：人民币690.98万元，其中：第一包：193.60万元，第二包：190.58万元，第三包：117.00万元，第四包：54.00万元，第五包：69.80万元，第六包：66.00万元。合同履行期限：合同签订后开始履行，至项目完成（质保期满）为止。本项目( 不接受 )联合体投标。2.项目编号：HYHA2024-3092项目名称：中国海洋大学高效液相色谱仪、电子舌等设备采购项目预算金额：575.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：575.000000 万元（人民币）采购需求：包号货物名称数量简要技术需求1高效液相色谱仪1简要技术需求详见招标公告附件。微阵列芯片扫描系统1电子鼻1体外肠道模拟消化系统1质构仪12全自动五分类血液体液细胞分析仪1多功能酶标仪2电子舌1预算金额及最高限价：人民币575.00万元，其中：第一包：281.00万元，第二包：294.00万元。合同履行期限：合同签订后开始履行，至项目完成（质保期满）为止。本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2024年10月14日 至 2024年10月18日，每天上午8:30至12:00，下午12:00至16:30。（北京时间，法定节假日除外）地点：邮箱（panghaosheng@sdhyha.com）方式：本项目采用网上获取方式（扫码填报信息+邮箱发送资料）： （1）扫码填报信息：投标人扫描附件二维码，选取所要参与的项目点击“我要缴费”，根据提示完善投标人信息后保存提交（经办人选择逄昊晟）。（2）投标人缴纳标书费。 （3）投标人将法人授权委托书原件和被授权人身份证原件的扫描件、标书费汇款凭证的扫描件发至邮箱（panghaosheng@sdhyha.com）。售价：￥300.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：中国海洋大学　　　　　地址：山东省青岛市崂山区松岭路238号　　　　　　　　联系方式：崔老师 0532-66781979　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：海逸恒安项目管理有限公司　　　　　　　　　　　　地　址：山东省青岛市崂山区香岭路1号北大资源博雅3号楼22层2203室　　　　　　　　　　　　联系方式：逄昊晟、曹丽娜0532-85761207　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：逄昊晟、曹丽娜电　话：　　0532-85761207

S-ROV水下机器人观测平台是法国TMI-Orion公司研发的一款智能型水下机器人平台，标配4个垂直推进器和4个水平推进器，在水下可实现精确的3D移动控制。S-ROV具有超强的搭载能力，可同时搭载7个附加功能模块，适用几乎所有类型的传感器。传感器接口为即插即用模式，可快速连接。S-ROV有效负荷3.5kg，最大工作深度305米，可应用于水下作业、视频观测、水质监测等领域。l S-ROV可以对珊瑚礁、人工礁石、礁石、海底等水下物体进行视频观测，为海洋生态环境评估提供视频影像资料l 水产养殖监控，可对各种网箱养殖进行视频监控，观察生物体的生长、进食、饵料剩余等情况l 水质监测，目标海域水环境剖面监测l 河流湖泊水底地质状况影像观测及水质监测l 沉船打捞搜救，水上安防抢险，飞机火箭等残骸的水下搜索打捞l 大坝、水库闸门以及水电站冷凝池、涵洞等重点水下建筑部位的安全巡查l 海底管线铺设、海底输油管道检查、海上风电业务、海上钻油平台等海底工程验收创新点：S-ROV是一款小型高精度水下机器人，其最大的创新是配有8个推进器，可以实现前后、上下、左右等多个方向的行进。 S-ROV水下机器人

近日，由清华大学深圳国际研究生院海洋工程研究院和中海油深圳海洋工程技术服务有限公司联合研发的世界首套水下偏振光原位清洁度测量仪在中国南海1000米深水油气工程中试验成功，实现了流体颗粒物定性分类和定量精确分析。仪器实物图设计图（无渲染）目前，深水油气田开发一般采用“水下生产系统+浮式生产装置”模式，浮式生产装置通过脐带缆向水下生产系统输送控制液，通过液体压力来远程控制阀门的关闭和开启，而控制液的清洁度直接影响水下生产系统的高效运行和使用寿命，充分的冲洗和控制液清洁度的准确检测，可有效预防系统发生故障，保障国家能源安全。传统国内水下生产系统控制液的清洁度测量大部分依靠理论计算，无法对控制液冲洗结果进行取样和测试，小部分测量依赖国外公司掌握的控制液真空管取样技术，但也只能在陆地实验室采用显微镜法化验，样本有二次污染风险而且检测费用高昂。对此，深圳国际研究生院海洋工程研究院与中海油深圳海洋工程技术服务有限公司以联合党建为平台，建立“产学研用”机制，以需求为指引，以水下生产系统控制液原位光学检测为目标，建成水下偏振光原位清洁度测量仪自主研发设计、产品制造、测试验证及示范应用全链条，设计出由光学系统、电机系统、激光器、光电转换模块、电路系统组成的测量仪器，并实现全部技术具有自主知识产权、零部/元器件100%国产。ROV操控屏幕中的仪器水下下放图（上）和仪器现场工作图（下）团队从水下声光电磁全知识领域梳理和验证，最终水下的偏振光原理成为该技术的基础理论。为了将理论变为可以入水的工程样机，团队根据水下偏振光理论基础设计出由光学系统、电机系统、激光器、光电转换模块、电路系统组成的仪器，并利用样液反复测试其测试结果。为了更好地进行解读和读数，团队还建立了AI模型，用机器分类和计数替代人工，采用单颗粒测量法来定量描述控制液粒子的类型、数量、比例，攻克深水低温高压条件下0.5微米以上粒径颗粒检测的难题，实现对控制液清洁度、颗粒物种类的变化趋势进行动态监测，具有智能识别、精确分类等优势，同时具备抗污损、自供电、自检测、数据自存储等功能，适合定点长期检测，为快速、高效、准确的海管清洁度监测提供了新工具和新思路。团队在完成下放应用回收的方案后，建成水下偏振光原位清洁度测量仪自主研发设计、产品制造、测试验证及示范应用全链条技术。该研究打破国外控制液真空管取样检测的思维模式，首次提出光学原位检测技术，为水下生产系统的可靠设计提供了基础数据，为系统的精准评估、安全运维提供了重要工具。清华大学深圳国际研究生院副教授廖然团队长期从事海洋颗粒物分类探测研究，其间受到了崂山实验室主任吴立新院士主持的国家基金委重大仪器项目、清华大学深圳国际研究生院马辉教授主持的国家重点研发项目支持。海洋工程研究院副院长段梦兰教授牵头组织了深海试验，中海油深圳海洋工程技术服务有限公司深水技术服务中心经理王杰文、副经理高磊实施了深海试验。

记者7日从中国科学院沈阳自动化研究所获悉，由该所主持研制的“探索4500”自主水下机器人（以下简称“探索4500”）在我国第12次北极科考中，成功完成北极高纬度海冰覆盖区科学考察任务。日前，该所4名科考人员已随“雪龙2”号科考船返回。 这是我国首次利用自主水下机器人在北极高纬度地区开展近海底科考应用，其成功下潜为我国不断深化对北极洋中脊多圈层物质能量交换及地质过程的探索和认知提供了重要数据资料，将为我国深度参与北极环境保护提供重要的科学支撑。 针对此次北极科考工作区高密集度海冰覆盖的特点，科研团队创新性地研发了声学遥控和自动导引相融合的冰下回收技术，克服了海冰快速移动和回收海域面积狭小给水下机器人回收带来的挑战，确保水下机器人在密集海冰覆盖区的北极高纬度海域连续下潜成功，并全部安全回收。 在科考应用中，“探索4500”成功获取了近底高分辨多波束、水文及磁力数据，为超慢速扩张的加克洋中脊地形地貌、岩浆与热液活动等北极深海前沿科学研究，提供了一种最为先进的探测技术手段。 “探索4500”是中科院“热带西太平洋海洋系统物质能量交换及其影响”战略性先导科技专项支持研发的深海装备。为了参加此次北极科考，科研团队对“探索4500”进行了环境适应性、高纬度导航、海底探测、故障应急处理等技术升级与改造，并开展了湖海验证工作，全面提高了系统的可靠性。 “探索4500”在科考中的成功应用，充分验证了其在北极冰区良好的低温环境适应能力、高纬度高精度导航性能、密集冰区故障应急处理能力和洋中脊近海底精细探测能力，开创了我国自主水下机器人在北极科考应用的先例。 极地科考一直是水下机器人发展的重要方向。近年来，中科院沈阳自动化所致力于推动水下机器人的谱系化发展，先后有4种类型6台套水下机器人参加了8次极地科考，为我国水下机器人在极地应用作出了重要贡献。

据安徽省交通运输厅1月8日消息，日前，由省港航集团自主研发的国内首台重大技术装备——“水下工程多功能检测移动平台”顺利通过验收，该装备是省港航集团承担交通运输部交通强国建设试点任务、省级重大关键核心技术“尖30”攻关项目以及省级工程研究中心建设任务的重大科创成果。该平台通过多维度（水下的水下机器人平台、水面的无人船平台、水上的无人机平台）检测系统集成控制及智能算法等技术多源融合，实现专项检测、环境监测、现场指挥、应急救援四大功能，具备快速化反应、智能化检测、自动化预警、集成化处置等特性。该装备可广泛应用于水运水利等水下工程检测、水下地形地貌扫测、水上应急搜救等领域，大幅提升水下工程综合检测效率、能力和水上应急救助等能力，应用前景广阔。目前，已在15座船闸、43个港口码头、500余公里高等级航道和7座桥梁等水下建筑健康诊治中实现应用。

使用超声波探头为人体植入电子设备无线充电的示意图图片来源：韩国科学技术研究院　　科技日报北京4月19日电 （记者张梦然）随着人口老龄化和医疗技术的进步，使用人工心脏起搏器和除颤器等植入式电子设备的患者数量在全球范围内不断增加。韩国科学技术研究院（KIST）宣布，由电子材料研究中心宋宪哲博士领导的研究团队开发了一种可应用于人体植入物的超声波无线能量传输充电技术，该技术也可为监测海底电缆状况的传感器等水下仪器的电池充电。相关研究近日发表在《能源和环境科学》杂志上。　　电磁感应和磁共振可用于无线能量传输。电磁感应目前用于智能手机和无线耳机。但其使用的限制是电磁波不能穿过水或金属，导致充电距离短。此外，由于充电过程中产生的热量是有害的，因此这种方法不能轻易地用于为植入式医疗装置充电。磁共振法要求磁场发生器和发射装置的共振频率完全相同，存在干扰其他无线通信频率（如Wi-Fi和蓝牙）的风险。　　KIST团队采用超声波而不是电磁波或磁场作为能量传输介质。使用超声波的声呐通常用于水下环境，在器官或胎儿状况诊断等各种医疗应用中，超声波在人体中的安全性已得到验证。然而，现有的声能传输方法由于声能传输效率低，不易实现商业化。　　研究小组开发了一种模型，该模型使用摩擦电原理接收超声波并将其转换为电能，该原理可有效地将微小的机械振动转换为电能。通过在摩擦发电机中添加铁电材料，超声波能量传递效率从不到1%显著提高到4%以上。其可在6厘米的距离处充电超过8毫瓦的功率，这足以同时操作200个LED或在水下传输蓝牙传感器数据。新开发的装置具有较高的能量转换效率并产生少量热量。　　宋博士说：“这项研究表明，电子设备可通过超声波以无线充电方式来驱动。如果未来设备的稳定性和效率进一步提高，这项技术可应用于为植入式传感器或深海传感器无线供电。”

据中船综研院2011年1月24日综合报道，美国海军实验室的一个研究团队最近对一种水下声源激光技术进行了能力测试，这项技术或将可以使飞行器在不拖曳水下设备的情况下，与潜艇进行声音或数据通信 为潜艇或水下机器人提供导航数据 在浅水域定位水雷或其它水下物体。 　　进入21世纪，与潜入水下的潜艇进行通信仍是一项具有挑战性的任务，现实中为了实现通信经常要求潜艇浮出水面从而使艇组人员暴露在潜在风险之下。使用拖曳天线或浮标进行通信也会降低潜艇的机动性和匿踪能力。水下无人设备目前也还依赖于容易出错的惯性导航技术。此外，搜索水雷在任何任何情况下都仍是困难、危险和费时巨大的任务。海军实验室等离子物理组负责领导水下激光声源技术团队的特德?琼斯解释称，激光水下声源技术具备在这些领域提供帮助的潜力。 　　琼斯表示，目前水下发源首先需要有一个声源，这样就要求装备必须处于指定位置并且有可能受到威胁。研究团队开发了一种激光声学源，从而无须在水下放置任何物体。之前也有研究人员曾使用激光在水下产生声音，但该研究团队进行了大量创新性的工作，进一步完善了激光声源技术，使其在海军和其它商用领域的实用性方面前进了一大步。 　　这些创新性的工作包括使用窄脉冲高强度激光使水电离，通过小体积过度加热产生微小往复运动，从而产生强烈的声学脉冲。研究团队使用水下传播性能最好的波长，从而使其能够控制往复运动的形态和声学脉冲的强度。此外，他们还使用非线性光学聚焦技术，以提高激光源可以距离水面的高度 使用被称为群速度色散的技术来精确地控制声学脉冲。群速度色散技术利用不同颜色激光不同的传播速度，让速度低的激光作用在脉冲的开始，速度高的激光作用在结尾，以此拉伸脉冲，并精确控制纵向压缩的量。 　　该实验在印第安纳州克兰市格兰度拉湖水声实验场进行，标志着该技术第一次走出实验室。封装在漂浮装置内的毫微米波长激光制造了水下声学脉冲，并被远处一艘装备了水听器的船只捕捉到。转向镜引导激光通过聚焦镜片射入水面。每个激光脉冲产生一个大约190分贝声压级的声学脉冲，传播了190米，而之前实验室测试只传播了3米。 　　研究团队计划在春夏进行更多致力于提高水下传输距离的测试。初步实验的成果表明，有可能使用不超过1焦耳能量的激光脉冲脉冲产生230分贝的声压。 　　美国国内其它的研究人员在此领域的研究集中在通信和信号处理技术，海军实验室所做的研究工作将在这些领域也提供参考。琼斯表示，海军实验室希望能利用最紧凑的激光发生器产生尽可能强的声源。

日前，中国科学院光电技术研究所(以下简称“光电所”)成功研制出国内首台多功能水下智能检查机器人。该机器人是在中科院“西部之光”资金及相关专项资金的大力支持下，由光电所科研团队历时两年完成。 　　与其他水下智能机器人不同的是，此智能检查机器人可以在水下高辐射环境中，从事核电水下探测、堤坝检查、管道检测、异物水下打捞等工作。验收组专家一致评价，该机器人在水下动密封技术、水下姿态检测、多传感器信息融合、图像识别、水下测量等关键技术上达到了国内领先水平。 　　据了解，该智能机器人与光电所先期研发的反应堆压力容器螺栓孔自动检查机器人、CRDM钩爪检查机器人、水下异物打捞机器人、排爆机器人等特种机器人形成的系列产品被核电用户评为首选产品。

色氨酸是一种能溶解在水中的氨基酸盐，具有特定的激发波和发射波长。属有机物质。存在于高生物活性的水系统或工业废水中。因此色氨酸还可作为追踪废水源头的重要参数。 市场上已有的能够测量色氨酸的仪器都很笨重、复杂、昂贵并且需要专业的的人员经过长时间的培训才能操作。这些仪器往往提供大量的数据信息，而最终用户只是需要得到一个简单的色氨酸的相对荧光相应值。 相比之下，Turner Designs的色氨酸监测仪是一种简单、低成本、可以提供0至5V模拟信号输出的水下荧光仪。该仪器体积小巧、轻便，可以和市场上绝大多数接收器或平台集成。同样也可与其他手持多参数仪平台集成。例如，与Turner Designs的C3三光学荧光仪集成时，色氨酸监测仪可以探测低至3ppb的浓度。下图展示了探头输出信号随水中色氨酸浓度的变化曲线：

近期，上海海洋大学科研团队成功研发出一款软体仿生鱼，模仿蝠鲼（俗称“魔鬼鱼”）的体态，翼展1米，取名“文鳐”。虽然在空气中的“体重”达到35斤，但在水里游动却是灵活无比，令人真假难辨。图片来源：央视新闻客户端“文鳐”的核心器部件已全部国产化，其效率高、能耗低、功能多，同时具备共融性、超仿生、隐身性三大优势，满足长续航、高机动、大负载、大范围作业需求。仿生鱼产品内部具备超大有效载荷空间，基于多传感器协同的智能监测技术，通过搭载多款高精度传感器，给仿生蝠鲼装上“眼睛”和“耳朵”，可胜任对300米以内水深的水下监测等工作。在仿生蝠鲼身上搭载成像声呐测扫设备，以更灵活、成本更低的方式描绘海洋的地形地貌、鱼群情况。搭载水下成像系统的蝠鲼，基于人工智能的水下目标识别技术，通过对目标检测和图像分割进行监测实现分类识别，准确率高达90%。“文鳐”不仅外形仿生，且功能强大，仅3节微小电池便可在水里续航3个小时以上，无论是转弯、360度翻滚还是回旋，都可以畅游自如。“文鳐”可以搭载多款高精度传感器，满足对鱼群的实时状态监测，实现全空间内水下鱼群智能识别与互动。它也可以作为观赏鱼，带来全新的视觉享受。未来新一代“文鳐”将搭载华为芯片，实现“智慧鱼脑”。

第十六届全国二类水体水色遥感研讨会在东北著名的“国际汽车城”长春召开，应主办方中国科学院东北地理所邀请，奕枫仪器出席第十六届全国二类水体水色遥感研讨会，并与与会专家科研工作者就海洋和湖泊水体初级生产力的研究做了进一步交流。与会科研工作者对奕枫公司的“FastOcean APD原位初级生产力测量”方案表达了浓郁的兴趣，该技术将改善传统初级生产力测量的耗时耗力的状况，将极大提供科研效率。水体初级生产力通常以单位水面下水柱在单位时间生产的有机物重量表示,以秒或小时为单位,称为光合速率,以日或年为单位,则称为光合产量。水体初级生产力的测量，特别是海洋和大型湖泊初级生产力的测量，对于CO2引起的温室效应和全球气候变化有重要的意义。海洋是地球系统中最大的碳库，海洋碳库是大气的50倍，陆地生态系统的20倍，现在全球大洋每年从大气吸收CO2约20亿吨，占全球每年CO2排放量的1/3左右，是大气CO2巨大的汇。奕枫仪器同时还展示了以下运用于水色遥感的固有光学特性和表观光学特性测量设备，收到与会研究者的欢迎。1. HS-6 后向散射测量仪2. Oscar 积分腔式吸收计3. Viper 水体衰减测量仪4. Ramses 水下光谱仪5. 荧光计--叶绿素，蓝藻， 色氨酸，CDOM ,水中油等

水下智能检查机器人 　　近日，由中科院光电技术研究所自行研制的多功能水下智能检查机器人通过了专家组鉴定。专家组认为该机器人各项性能指标均达到预期目标，在水下动密封技术、水下姿态检测、多传感器信息融合、图像识别、水下测量等关键技术上达到了国内领先水平。 　　水下智能检查机器人是在中科院“西部之光”资金及所专项资金的大力支持下，由光电所四室科研团队历时2年完成。与其他水下智能机器人不同的是，光电所研制的智能检查机器人可以在水下高辐射环境中，从事核电水下探测、堤坝检查、管道检测、异物水下打捞等工作。目前，光电所四室已先后为秦山核电有限公司、中国核动力设计研究院、广东核电集团等多家单位提供了定制设备，产品应用后受到了用户的一致好评。 　　水下智能检查机器人的成功研制填补了国内核电智能机器人的空白，也为光电所承担的2013年国家973计划“核电站紧急救灾机器人的基础科学问题”积累了丰富的前期研发经验。 产品化的机器人检查设备

近年来，随着水生态环境工作要求及“全面推行河长制”等政策落实，对水环境监测的需求越来越大，加强水环境的管理建设和水污染防治行动越发重要。　　传统的水环境监测，主要靠工作人员现场采水样，带回实验室检测分析。工作量大，周期长，效率较低，且无法连续实时覆盖水体。　　如今，这些难题被无人船一一破解，堪称“水下医生”的它开启了水环境监测新征程，以其智能走航、环境感知、移动物联等科技手段，实现了时空高覆盖，为水环境精准化监管提供了技术支撑。在水污染防治及水生态保护修复治理中发挥了重要作用。　　无人船适用范围比较广泛，可用于水质全自动在线监测、水质自动采样、水下环境探测、航道走航等多个领域。　　2021年11月29日，山东青岛市水质采样环境应急监测无人船投入使用，设备可完成远程操控、自动采样、自动返航、自动监测、无线实时展现数据等功能。与传统人工监测相比，此款无人船3分钟不到就能完成一个断面的走航监测，工作效率提高。这也标志着无人船在水质环境监测能力再上新台阶。　　11月18日，浙江舟山市搭载“水环境巡航监测系统”的“无人船”完成试航，主要用于河道水质摸排、入河排污口排查、水质日常监测、应急监测等，对水中的pH值、溶解氧、氨氮、总磷、高锰酸盐等指数可同时监测。　　9月6日，浙江宁波市在溪下水库投入使用5G无人船，通过5G技术实现自动走航，船上搭载着水质监测传感器、专业声呐、高清摄像头、警示灯、高音喇叭等智能设备，可实现自动巡航、水质信息采集与监测等功能。5G无人船的使用也推进了宁波“智慧溪下水库”建设工作，进一步实现水质监测智治。 8月中旬，海洋牧场养殖观测无人船在山东威海市德明海洋牧场交付使用，也推动了当地智慧海洋牧场和透明海洋的发展。该无人船可自主规划路线，自主航行，搭载水下机器人，实现水下画面实时传输，轻松观看海洋生物水下情况。　　3月初，为进一步摸清水生态环境质量状况，浙江杭州市富春江渔山断面开展无人船走航监测。使用无人船搭载水质五参数及流动注射分析仪，开展全水域走航监测，助力富春江水质“体检”智慧化、精准化。　　1月26日，江苏扬州市采用新一代无人监测船对瘦西湖周边支流水质状况进行高密度监测，改变了过去依靠“人工采样-实验室分析”和岸边自动站点的传统监测模式。水体无人监测船的正式投入运行，将为扬州水环境质量的改善提升发挥积极支撑作用，并为全国的水环境治理贡献“扬州样本”和“江苏方案”。　　不论是无人监测船还是5G无人船，水质环境监测设备的创新之路已经打开。在全面打赢碧水保卫战的治理道路上，无人船装备一直提供着强有力的技术保障，在环保、海洋等领域的重要性日益凸显。

项目编号：GXZC2022-J1-002014-KLZB项目名称：专用仪器设备采购采购方式：竞争性谈判预算金额：111.0000000 万元（人民币）最高限价（如有）：111.0000000 万元（人民币）采购需求：水下调制叶绿素荧光仪1台(预算金额：人民币590000元)，珊瑚原位呼吸代谢测量仪1台(预算金额：人民币520000元)。简要技术需求或者服务要求见附件（具体内容详见本竞争性谈判文件）。合同履行期限：自签订合同之日起90日内整体完成供货安装调试。本项目( 不接受 )联合体投标。

p style=" line-height: 1.75em " 　　此时此刻某个水源的水质情况如何?可以不需要原来的取样、化验、分析滞后的书面报告了，有关部门和关注水质情况的人们只要登录电脑，或打开手机APP就能实时得到有效数据。4月16日，国内第一个水下观测网水质在线监测系统通过鉴定。据悉，这项新技术打破了国际垄断，填补了国内空白。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据介绍，提供这项高新技术的是中天科技海缆有限公司四名博士组成的专家团队，他们联合浙江大学的专家教授经过较长时间的攻关，终于成功地应用于长江流域的水下观测水质在线监测。据郭朝阳博士介绍，这项系统技术应用起来十分方便，提供的监测数据具有实时、稳定、连续、可靠的优越。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　由于世界性水危机，地表水和地下水都遭到了不同程度的污染，水质日益恶化，于是人们对水质监测的神经特别敏感。一项水质报告显示，中国29个重点城市中，只有15个城市中的20项饮用水指标全部合格，约占抽检城市的52% 而14个城市存在一项或多项指标不合格。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　据了解，长期以来，我国对水质监测方式停留在传统取样和浮标监测，实时性和可靠性低，而且不能够真正达到原位监测的目的，较为先进的监测系统基本都依赖进口。而中天科技海缆研发的水下观测网集成多种声学、图像、物理、化学、生物等传感观测设备，布设在重要水源底部，进行长期连续、实时、原位观测，并能将原始数据和解算后的参数信息发送至各种信息终端，对饮用水安全和水环境保护有重要的民生价值。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　中天科技海缆总经理薛建凌表示，开发具有民生和经济价值的水下观测网水质在线监测系统，对饮用水安全进行全方位的检测和预警，不仅具有重要的社会意义，也为公司提供了新的利润增长点，并能够带动海光缆，海工器件等配套产品的生产和销售，具有良好的市场前景。 /p p style=" line-height: 1.75em " 　　该项目组织者杨华勇博士表示，这一系统的研制成功，有效提高监测参数的原位性、实时性和可靠性，同时也为其它应用场合，包括海洋观测、水质水文研究等提供了基础研制条件，将为我国饮用水源监测在内的环保领域的发展提供有力的保障。 /p p br/ /p

近日，国务院印发了《推动大规模设备更新和消费品以旧换新行动方案》，鼓励高校、职业院校、企业等更新设备和仪器，以加速新质生产力的发展。该方案明确了到2027年，工业、农业、教育等多个领域将实现设备投资规模增长、产能提升以及资源循环利用效率的进一步提高。创新是LI-COR的生命力所在。通过50多年的潜心发展，如今LI-COR的环境科学产品线涵盖了陆地和水生生态系统碳循环测量的各个方面，包括植物光合作用测量、土壤温室气体通量测量、生态系统涡度相关通量测量、大气温室气体本底浓度测量、水体碳循环测量等。面对这一利好政策，LI-COR积极响应，以行业领先的生态系统综合测量仪器设备，鼎力支持双碳目标下的科学研究高质量发展。以下是我们公司的核心产品介绍，希望对您的仪器升级选型有所帮助。1Plants植物测量系列点击产品图片查看仪器详情LI-6800光合荧光测量系统红外分析器位于叶室头部，实时测量无时滞LI-600荧光气孔测量仪5-10s 完成一次测量，适合大样本调查LI-600N针叶/狭叶荧光气孔测量仪专为1mm-3.5mm叶宽设计，5-15s完成测量LAI-2200C植物冠层分析仪叶面积指数LAI数据验证地面标准，320-490nm波长检测6800-18藻类和水生植物光合作用测量室开路差分式原理，适用于液体样品测量2Ecosystems生态系统测量系列点击产品图片查看仪器详情LI-7700+LI-7200涡度相关通量测量系统CH4、CO2、H2O通量同时获取；NEON美国国家生态观测站网络和ICOS欧洲综合碳观测系统的首选LI-7700+LI-7500涡度相关通量测量系统CH4、CO2、H2O通量同时获取；从站点到FluxSuite云平台，从EddyPro到Tovi，一站式通量数据服务LI-710蒸散测量仪基于涡度相关通量测量技术，直接输出计算完毕的蒸散数据, SDI12输出，1.5W功耗TriSonica微型三维超声风速仪微型三维超声风速仪，体积小，重量轻，广泛应用于车载、机载式风速测量LI-550微型三维超声风速仪长9.1cm宽9.1cm高5.2cm，重量50gLI-560球形三维超声风速仪重量225g，全铝结构，轻质小巧低功耗，适合大气湍流运动研究LI-7810/LI-7815/LI-7825/LI-7820高精度甲烷CH4、二氧化碳/CO2同位素、氧化亚氮N2O气体分析仪-25℃至45℃工作温度, CH4测量精度0.25ppb, CO2测量精度0.04ppm, δ13C测量精度0.04 ‰, N2O测量精度0.25ppb, 功耗22WLI-850二氧化碳CO2和水汽H2O分析仪精度＜1 ppm @ 370 ppm（1s数据平均）；非色散红外气体分析仪，广泛应用于城市CO2气体浓度长期监测、箱式法CO2通量测量等领域Soil GHG土壤温室气体通量测量系列点击产品图片查看仪器详情LI-870便携式土壤CO2/H2O通量测量系统主机2.3kg，GPS定位，系统连续工作20hLI-7810便携式土壤CH4/CO2/H2O通量测量系统0.05nmolm-2s-1通量检出限，2min完成测量LI-7820便携式土壤N2O/H2O通量测量系统0.05nmolm-2s-1通量检出限，2min完成测量LI-7820+LI-870便携式土壤二氧化碳CO2、氧化亚氮N2O、水汽H2O通量测量系统0.05nmolm-2s-1通量检出限，2min完成测量LI-8250多通道温室气体（CO2、甲烷CH4、氧化亚氮N2O、水汽H2O）通量测量系统（不透明测量室）-25℃至45℃工作温度，0.05nmolm-2s-1通量检出限，2min完成一次测量LI-8250多通道温室气体（CO2、甲烷CH4、氧化亚氮N2O、水汽H2O）通量测量系统（透明测量室）-25℃至45℃工作温度，0.05nmolm-2s-1通量检出限，2min完成一次测量LI-8250多通道土壤样品CO2/CH4/N2O/H2O通量瓶式测量系统 适用于实验室土壤样品温室气体通量研究4Light光强/光谱测量系列点击产品图片查看仪器详情LI-191R棒状光合有效辐射传感器400-700nm，入选美国国家生态观测站网络 (NEON)，用于PAR测量LI-190R光量子传感器400-700nm 丙烯酸漫射器，余弦校正、增加了排水通道 头部和底座可拆开，方便更换维护LI-192点状水下光合有效辐射传感器400-700nm，专为浸入式测量而设计，适用于淡水、咸水环境。适用于浊度测量、垂直剖面光环境分析等LI-193球状水下光合有效辐射传感器400-700nm，专为浸入式设计，测量各个方向PAR，适用于水下、温室光环境测量LI-210R可见光照度传感器450-650nm，光谱响应与CIE标准观察者曲线一致；优异的余弦响应，入射角为82° 时仍具有均一的敏感度LI-200R太阳总辐射传感器400-1100nm，耐候性强；优异的余弦响应，入射角为82° 时仍具有均一的敏感度LI-180植物光谱测量仪在380和780nm之间以1nm的增量捕获光子通量密度。计算自定义光谱强度；内置12种植物色素吸收参考谱线；计算自定义光谱强度比率LI-250A光照计单块电池续航150h，兼容LI-190R、LI-191R、LI-192、LI-193、LI-200R、LI-210RLI-1500辐射照度测量仪能以500 Hz频率采集数据；GPS定位；兼容LI-190R、LI-191R、LI-192、LI-193、LI-200R、LI-210R5Water水生生态系统测量系列点击产品图片查看仪器详情。LI-5400A 走航式二氧化碳分压测量系

近日，天津大学机械工程学院承担的崂山实验室科技创新课题“深海原位采样水下航行器研制”通过崂山实验室组织的评审并取得重要进展。研发团队突破了深海微生物多通道高保真采样仪器设计、自主水下航行器协同设计与优化、采样区域识别与跟踪等多项关键技术，完成了我国首台深海微生物原位采样自主水下航行器（MSAUV）的研制，搭载了深海原位微生物采样仪器和多种环境要素感知传感器，实现了深海微生物多点位化、多尺度化、高自动化和高保真化的原位采样、保存和分析，多项技术指标填补了国内空白。深海微生物原位采样水下航行器工作场景示意早在今年5月，MSAUV就在我国南海1000米以浅的多个深度进行了性能和功能的全面测试，实现了深海微生物基因原位采样和高保真保存。MSAUV最小取样直径为0.22微米，最大采样深度为1000米，单次采样的过滤海水量超10升（最大值达到15.6升），最大采样个数可达70个。这是国内首次通过自主水下航行器实现了对深海微生物的多点位化的实海连续采样，最大采样深度、采样个数和单次最大过滤水量等性能指标均达到国际领先水平。深海微生物原位采样水下航行器海上试验.png据悉，传统的深海微生物采样技术主要依赖于船舶定点式采样，需要经过采水器释放、采水、回收和船基过滤、冻存、核酸提取等过程。随着海洋技术发展，无人遥控潜水器小范围移动采样、深海坐底平台静态采样等也逐步得到了应用尝试。该MSAUV的成功研制可将采样形式从单点人工辅助扩展到空间多点全自主，实现深海微生物样本从原位采样-高保真保存-核酸制备的无缝衔接，有效避免因环境变化导致的样本污染、降解和核酸结构变化，从而显著提高样本质量、缩短采样周期和提升海洋微生物生境研究效率。 部分样本基因测序及物种分析结果据悉，研发团队后续将与崂山实验室、中国海洋大学和青岛华大基因科技有限公司等单位进一步加强合作，持续攻关深海微生物采样和宏基因组分析技术，构建海洋微生物综合资源数据库，共同推进本课题成果的推广和示范应用，为深远海生物多样性调查、基因资源挖掘以及特定生境下微生物群落演化规律揭示等提供有力保障。据公开报道与资料显示，美国蒙特利湾水族馆研究所面向自主水下航行器搭载需求，已研发第三代深海微生物采样器（3G-ESP），最大采样深度300米，最大采样个数60个，样本单次过滤水量1升，是当前适用于自主水下航行器搭载的深海微生物采样器的国际最高水平。美国蒙特利湾水族馆研究所、夏威夷大学及伍兹霍尔研究所等单位共同完成了3G-ESP在自主水下航行器上的集成与搭载，并在北太平洋的冷涡中心初步开展了深海微生物采样及微生物群落调查。

英国科学家首次展示了一种新型激光雷达系统，其使用量子探测技术在水下获取3D图像。该系统拥有极高的灵敏度，即便在水下极低的光线条件下也能捕获详细信息，可用于检查水下风电场电缆和涡轮机等设备的水下结构，也可用于监测或勘测水下考古遗址，以及用于安全和防御等领域。相关研究论文刊发于4日出版的《光学快报》杂志。　　在水下实时获取物体的3D图像极具挑战性，因为水中的任何粒子都会散射光并使图像失真。基于量子的单光子探测技术具有极高的穿透力，即使在弱光条件下也能工作。在最新研究中，研究人员设计了一个激光雷达系统，该系统使用绿色脉冲激光源来照亮目标场景。反射的脉冲照明由单光子探测器阵列检测，这一方法使超快的低光检测成为可能，并在光子匮乏的环境（如高度衰减的水）中大幅减少测量时间。　　激光雷达系统通过测量飞行时间（激光从目标物体反射并返回系统接收器所需的时间）来创建图像。通过皮秒计时分辨率测量飞行时间，研究人员可以解析目标的毫米细节。最新方法还能区分目标反射的光子和水中颗粒反射的光子，使其特别适合在高度浑浊的水中进行3D成像。他们还开发了专门用于在高散射条件下成像的算法，并将其与图形处理单元硬件结合使用。在3种不同浊度水平下的实验表明，在3米距离的受控高散射场景中，3D成像取得了成功。

金鱼藻具有独特的茎和叶的气孔，其茎叶呈带状，宽度小于0.5 mm，有利于在日照和空气有限的情况下有效进行光合作用（图1a-c）。此外，金鱼藻茎叶上的气孔不仅能与周围环境交换气体进行呼吸，还能阻止外界水流的流入，这对金鱼藻在水下的生存至关重要。图1. 一种仿生功能开放细胞。(a)金鱼藻。(b)金鱼藻表面覆盖着独特的气孔。(c)金鱼藻表面单气孔示意图。(d)利用PμSL 3D打印技术制备仿生开孔细胞。 受此启发，湖南大学王兆龙副教授、段辉高教授与中科院理化所董智超研究员，东南大学陈永平教授及上海交通大学郑平院士合作，在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上发表了题为“Underwater unidirectional cellular fluidics”的文章。该文章利用面投影微立体光刻技术(nanoArch S140，摩方精密)制备了原样品。在经过处理后，形成了外表面超亲水和内表面疏水的多孔仿生微结构（特征尺寸400微米），其不同接湿润性产生的拉普拉斯力（图2）保证了多孔仿生微结构的液体单向性能，这使液体被多孔仿生微结构阻挡在外，而在多孔仿生微结构内的液体和气体能被排出。此外，多孔仿生微结构的几何参数对其独特的单向流态性能有很大的影响。该团队也从理论上揭示了液体在3D打印多孔仿生微结构中的单向渗透机理。最终，还展示了多孔仿生微结构在水下厌氧化学反应的潜在应用。这种多孔仿生微结构为水下化学和微流体工程的潜在应用打开了一扇大门，如易燃材料的储存、快速固液分离和厌氧化学反应。图3.仿生网格在水下的单向流态特性研究。(a)水穿透孔的示意图。(b)不同情况下微孔的水接触线。(c)微孔外水滴的拉普拉斯压力。(d)仿生网格的单向渗透示意图。(e)水下细胞流体性能测试模型。(f)两个孔之间的距离对单向流体性能的影响。(g)孔宽对单向流态性能的影响。实验结果表明，由于毛细力的作用(图3a-ⅰ)，水在孔的末端以较高的速度上升(图3a-ⅱ)。而由于惯性作用，水将会在达到出口之后继续上升(图3a-ⅲ)，同时，拉普拉斯压力随着孔口液滴弯月面曲率减小而逐渐增大。当拉普拉斯压力达到最大时，如果水的动能使动态接触角大于表面前进接触角，水将会从孔中溢出(图3a-c)。因此，鉴于内表面具备疏水性，水不能渗透到多孔仿生微结构内 (图3d-ⅰ)。相反，由于另外一侧是超亲水表面，最大拉普拉斯力接近0，水将从多孔仿微结构疏水侧渗透到亲水侧(图3d-ⅱ)，从而使得该仿生结构具有优异的单向液体穿透能力。多孔仿生微结构在水下的单向渗透性能由仿生网格结构失去单向性前的最大水深来表征(图3e-ⅰ)。矩形孔在水下的单向流控性能最好，而三角形孔仿生膜的性能最差。此外，微结构厚度对仿生膜单向流控性能也有较大的影响，在100 μm至1000 μm范围内，仿生膜的可持续水深随膜厚的增加而增加。但随着膜厚的增加，可承受水深将保持在75 mm左右。两孔间距、孔宽对仿生膜水下单向流控性能的影响分别如图3f、g所示。对于150 μm孔，多孔仿生微结构的可承受水深仅为10 mm左右。当孔径为300 μm左右时，可承受水深随着孔间距的增加迅速增加，达到 45 mm左右。之后，随着两孔间距的增加，可承受水深缓慢增加(图3f)。图4. 水下仿生细胞内部的化学反应。(a)水下仿生细胞。(b)液滴滴在仿生细胞内表面时，仿生细胞的排水特性。(c)液滴滴在仿生细胞外表面时的拒水性能。(d)0.5mol▪L-1NaHCO3与0.5mol▪L-1H2SO4在仿生细胞内的化学反应。(e)0.5mol▪L-1FeSO4与0.5mol▪L-1NaOH在充满CO2的仿生细胞内的化学反应。(f)我们的仿生细胞在水下的自清洁性能。基于仿生网格的优异液体单向通过特性，研究人员设计了微网格结构组成的封闭仿生细胞腔体。该仿生腔体具有疏水的内壁面及超亲水的外壁面，从而使得外侧的水在一定条件下无法穿过多孔仿生网格进入仿生细胞腔体内，从而形成水下密闭空间。该仿生细胞腔体被应用于微反应器(图4a-c)。研究结果表明，由于网格微米孔的存在，产生的气体可以自由出入仿生细胞(图3a-ⅲ)，并且可在水下形成无氧环境，进而可实现保护气作用下的特殊化学反应。最重要的是，由于仿生网格独特的液体单向特性，该仿生细胞在反应结束后会快速排出腔体内的所有液体，具有极为优异的水下自清洁特性。该项研究成果获得国家自然科学基金委，湖南省优秀青年基金，广东省重大专项及国防科工局民用航天项目等研究项目支持，以“Underwater unidirectional cellular fluidics”为题发表于国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》,14,7 (2022) 9891–9898，其中，湖南大学谢明铸硕士生为第一作者。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c24332作者：王兆龙

黏附材料在工程材料领域有非常重要的应用，然而在高强度、高湿度（水下）的应用环境中（渔船、游船、划艇、潜艇等），水分子极易破坏胶黏剂的黏合界面，导致功能失效。市面上现有的大多数胶黏剂水下黏附强度低、耐水性弱，无法满足长期的水下应用需求。因此，开发具有较强界面黏合力、耐水性和机械耐受性的黏附剂是工程应用和技术领域的挑战之一。 中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室周峰研究员团队与兰州大学梁永民教授团队合作，基于分子链软硬片段设计制备了一种具有优异水下黏附性、耐水性和机械耐受性的湿黏附材料（SRAD）。 研究成果以“Molecular Engineering Super-Robust Dry/Wet Adhesive with Strong Interface Bonding and Excellent Mechanical Tolerance”为题发表在ACS Applied Materials & Interfaces上，兰州大学高璐瑶博士为论文第一作者，兰州大学梁永民教授，兰州化物所麻拴红副研究员和马延飞助理研究员为通讯作者。 图1 高性能黏附胶SRAD的设计理念研究人员通过在高分子聚合物中引入黏附功能组分，并协同考虑聚合物网络柔性与刚性之间的平衡，最终获得黏附力和内聚力适配的高分子黏附材料。该黏附胶表现出优异的黏附性能，包括强大的界面黏合性，在金属、合金、塑料、木材和陶瓷等各种基材上均具有较高的黏合强度（干态max：7.66 MPa，湿态max：2.78 MPa）；高耐水性，在水中浸泡半年后仍具有稳健的黏合强度（2.11 MPa）；强机械耐受性，静态浸入水中180天后的胶黏剂@Al(在铝基底上进行的黏附)可承受30N负荷下的30次机械加载-卸载循环。 图2 SRAD的黏合强度随水下存放时间的变化图3 SRAD在多种基材的干/湿黏合强度图4 SRAD的黏合强度测试在高分子黏附胶中，分子链片段的柔性和刚性占比对其黏附性能具有重要的影响，极大地控制着界面黏附力和内聚力的适配性，进而决定高分子黏附材料的黏附强度、耐水性和机械耐受性。研究人员通过协调分子网络柔性和刚性之间的平衡，设计制备了一种新型超级黏附胶，在陶瓷、木材、塑料和金属的各种基材上呈现出高的黏合强度（~7.66 MPa）；在高速流体剪切、静态负载和动态机械微动等恶劣环境下，表现出强大而持久的黏附性能，该研究为发展新型高性能黏附材料提供了一定的指导。 以上工作得到了国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项、山东省自然科学基金、中科院青促会和中科院特别研究助理项目等的支持。

p 　　近期，中国科学院合肥物质科学研究院智能机械研究所研究员黄行九和安徽光学精密机械研究所研究员赵南京从电化学、激光诱导击穿光谱(LIBS)检测水溶液中Cr(VI)存在的问题出发，通过将电化学方法与激光诱导击穿光谱(LIBS)联用并结合微区液体排空装置实现对水中微污染物Cr(VI)的原位水下检测。该工作在利用光谱-电化学方法联用实现水下原位重金属离子的准确检测方面具有重要的科学意义，相关研究成果已发表在美国化学会《分析化学》上(Analytical Chemistry 2017, DOI:10.1021/acs.analchem.7b00629)。 /p p 　　激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种元素分析方法已被用于环境样品中重金属离子的检测研究。但LIBS直接检测液体样品时往往伴随着溶液对激光能量和等离子体信号的吸收，对激光的散射与折射等现象，致使其检测灵敏度低、检测限较高。为克服以上问题，常需通过富集方式将溶液样品中的待测物转移到固体基底上，而后在空气环境中进行LIBS检测。但这种样品预处理和检测分开进行的分析方式可能会带来样品成分的变化，从而影响检测的准确性。 /p p 　　研究人员将微区液体排空装置、电吸附富集方法与传统LIBS结合实现溶液中Cr(VI)的原位水下检测。为了克服LIBS检测水样品时存在的一系列问题，研究者研发了微区液体排空装置，其工作原理为：当系统采集LIBS信号时，通过引入气流使得仪器的激光传输通道和等离子体激发与收集腔内的溶液排出，以在这两个区域及电极表面形成短暂的空气环境，借此避免激光传输过程中能量的损耗、等离子体激化点处的溶液溅射等来自周围水环境的干扰问题，提高光谱信号的稳定性。为了改善LIBS的检测下限并提高检测的选择性，电吸附方法被用于富集溶液中Cr(VI)，壳聚糖修饰的石墨烯作为吸附剂，同时电吸附富集过程中形成的正电场避免了来自共存阳离子的干扰。不仅如此，该原位水下LIBS体系在真实水样品环境中Cr(VI)也表现出较好的检测性能。该研究成果还可以扩展到原位定量检测水环境中其他带电离子污染物方面。 /p p 　　该研究工作得到了国家重大科学研究计划项目、国家自然科学基金和中科院创新交叉团队等项目的支持。 /p p 　　 a title=" " href=" http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.analchem.7b00629" target=" _blank" 文章链接 /a /p p style=" text-align: center " img title=" W020170505330906105809.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/8efe9116-7d60-49fe-beb2-2196747ea515.jpg" / p style=" text-align: center " 微区液体排空装置辅助原位水下电吸附-LIBS体系的实验装置图。(a)原位光谱电化学LIBS设备原理图 微区液体排空装置设备的分解图(b)和剖面图(c) /p p /p p /p /p

可穿戴传感器可以通过非侵入的方式捕捉人体的各种信号并转化为可识别的电信号，从而达到实时监测的目的，在健康管理等领域展现出了重要价值。相比于传统的刚性可穿戴传感器，由导电凝胶等软材料构建的皮肤式可穿戴传感器能与动态皮肤形成紧密的共型结构，提高传感器的传感准确性和稳定性，甚至实现对人体运动状态的实时感知。 　　尽管基于导电凝胶的可穿戴传感器研究已经取得巨大进展，并广泛应用于动作监测、健康管理、表情和声音识别、人机交互等诸多领域，但由于导电凝胶在水环境中存在吸水溶胀、导电组分流失、粘附性能衰退等问题，限制了其在水下探索等领域的应用与发展。近年来，通过对导电凝胶进行耐水性能的设计，研究人员实现了导电凝胶基可穿戴传感器的水下传感领域的应用，促进了该领域的研究快速发展 　　近日，中国科学院宁波材料技术与工程研究所智能高分子材料团队陈涛研究员、肖鹏副研究员和魏俊杰博士基于在耐水导电高分子凝胶的构筑及其水下传感方面的研究基础，在Advanced Materials上发表题为“Water-Resistant Conductive Gels Toward Underwater Wearable Sensing”的综述文章(Adv. Mater. 2023, DOI: 10.1002/adma.202211758)。 　　在该综述中，作者首先对提高导电凝胶耐水性的方法进行了总结，归纳提出了封装设计、疏水网络结构和多重交联作用这三种耐水设计策略，并详细讨论了各种策略的耐水原理、具体设计方法以及存在的优缺点，从而为未来的耐水导电凝胶设计提供指导。随后对用于水下传感领域的耐水导电凝胶的多功能性质进行了介绍。除了水下稳定性之外，探讨了耐水导电凝胶的拉伸性质、水下粘附性质、水下自修复性质、可回收性质和3D打印性等性质对导电凝胶基水下可穿戴传感器的传感性能和制造加工工艺的影响，并重点讨论了这些性质的优化改善方法。此外，对现有耐水导电凝胶在水下传感领域的具体应用方向进行了汇总，着重总结了耐水导电凝胶在水下运动感知、水下健康监测、水下通讯、水环境分析几个方向的研究进展，并分析了耐水导电凝胶在这些应用中存在的不足，为未来的水下传感研究指明了方向。 　　尽管导电凝胶的耐水设计和传下传感研究已经取得了一定的成果，但该领域的发展尚处于起步阶段，仍然存在一些问题和挑战亟需解决。导电凝胶在水环境中的传感性能与陆上性能有着明显差异，相关的水下传感机制和传感模型有待进一步阐明；耐水导电凝胶的水下稳定性和水下传感性能测试还没有标准的方法，亟需建立统一的检测方法进行有效对比和评估；在耐水导电凝胶和水下可穿戴传感器的多功能设计上需要进一步努力，例如实现基于变色功能的可视化感知、基于自清洁功能的抗污能力和基于生物可降解的环境友好等。 　　为了满足耐水导电凝胶基水下可穿戴传感器的实际应用需求，需要进一步发展与水下可穿戴传感器匹配的无线传输技术和自供能技术；如何实现多感知功能和多技术模块在水下凝胶传感系统中的一体化集成，尤其是如何实现“软”凝胶材料与“硬”电子元件的稳定界面结合依然是该领域需要面临的一个重要挑战。 　　该论文得到了国家自然科学基金(51773215)、中国博士后科学基金(2021M690157、2022T150668)、宁波市自然科学基金(2121J206)、国家重点研发计划项目(2022YFC2805204、2022YFC2805202)等项目的支持。耐水导电凝胶的设计策略与水下传感应用 　　(中科院海洋新材料与应用技术重点实验室 魏俊杰)

了解海洋环境对各种水下任务至关重要，如资源的探测和水下结构的检查，没有自主水下航行器（AUVs）的介入，这些任务就无法进行。由于机载电池和数据存储容量不足， AUVs在执行水下探索任务也会受到限制。水下对接站的出现能够很好的解决这一问题，它能够为水下机器人提供水下充电和数据传输。然而在动态海洋环境中，浑浊和低光条件是阻碍成功对接的关键挑战。在本文中，研究人员提出了一种基于视觉的引导方法，使用锁定检测以减轻浊度的影响，同时屏蔽杂光和噪声。锁定检测方法锁定位于对接站灯标的闪烁频率，并消除其他频率无用光的影响。该方法使用两个固定频率发光的信标，安装在模拟对接站和一个sCMOS相机（鑫图Dhyana 400BSI）上。概念验证实验结果表明，该方法能够识别不同浊度下的信标，并能有效地剔除不需要的杂散光，而且不需要对基于视觉的引导算法做单独的图像处理。图1 锁定检测原理图 (a) 在清澈的水中拍摄的带有有源光信标的原始图像，调制频率为63 Hz，安装在中间的模拟停靠站上，两个背景光源发射频率为55 Hz和0 Hz。图 (b) 将锁相检测后的二值化结果应用于63hz。图 (c) 将锁定检测后的二值化结果应用于55hz。鑫图相机推荐Dhyana 400BSI V3视觉导航技术配合计算机视觉算法能够在定位精度高、不易被外部探测、可执行多任务等方面优于其他导航技术，但在水下环境中会受到光线的衰减和散射。此外，水下机器人在深海中吹起的泥浆会造成浑浊，这使得基于视觉方法的适用性更具挑战性。Dhyana 400BSI相机供了实验所需的灵活性，具有高速和高信噪比，能够在噪声中提取微弱的信号，配合软件获取图像的拍摄时间序列以实现lock-in time检测。参考文献Amjad R T, Mane M, Amjad A A, et al. Tracking of light beacons in highly turbid water and application to underwater docking[C]//Ocean Sensing and Monitoring XIV. SPIE, 2022, 12118: 90-97.该文章旨在为大家提供先进成像技术相关应用参考，部分内容摘抄于相关论文研究成果，版权归原作者所有，引用请标注出处。

3月14日，由中国计量科学研究院(以下简称“中国计量院”)牵头承担的国家重点研发计划“国家质量基础设施体系”重点专项(以下简称“NQI专项”)“水下探测网与目标感知量值溯源关键技术研究”项目实施方案论证会在中国计量院昌平院区召开。中国计量院副院长杨平及相关部门负责人、项目和课题负责人、各承担单位代表共40余人参加会议。中国工程院院士杨德森、崂山国家实验室副主任刘保华、中国船舶集团有限公司第七〇七研究所副总工杨晔等7位项目领域专家，与来自哈尔滨工业大学的项目责任专家刘俭教授，共8位专家组成项目咨询专家组对实施方案进行论证。会上，项目负责人、中国计量院副院长杨平从项目背景与目标、主要研究内容、技术路线及预期成果等方面汇报了项目的总体情况。来自中国计量院、清华大学、中国计量大学等单位的课题负责人详细介绍了各课题的具体任务及实施方案。项目咨询专家组成员听取了项目和各课题的详细汇报，对项目研究的必要性给予充分肯定，论证了项目实施方案的可行性，并从各自专业角度为项目及课题实施提出了建设性意见，同意通过实施方案论证评审。中国计量院相关部门负责人介绍了项目管理和经费管理的制度办法。据项目负责人杨平介绍，海洋中温度、水色、声压、磁力与重力等参数及其分布场的准确测量，是开展海洋科学研究、气候预报与环境保护、导航与目标识别的重要保障。随着多尺度、多参数、全天候水下探测网的建设，对关键参数的测量能力、探测网的校准能力，难以满足海洋精准测量、水下探测网在线/原位校准需要，响我国海洋开发治理和海洋安全。项目面向海洋水下探测与目标感知对海洋关键参数精准测量及量值溯源的迫切需求，通过开展相关参量的高准确度量值复现新方法研究，研制高稳定性传递标准器与装置，构建集多参数的水下校准平台，在典型水下探测网、海上试验场开展在线/原位校准与现场评价示范应用，解决海洋相关传感器、仪器及水下探测网的在线/原位校准问题。项目完成后，将形成海洋温、光、声、磁、重力等关键参数的精密测量能力、以及水下探测网/标准场的原位校准能力，为提高海洋探测与目标感知精准度提供质量基础保障，服务海洋基础科学研究与海洋装备产业发展。

科学家估计，超过95%的地球海洋从未被观测到过，而为水下摄像机长时间供电成本太高，阻碍了对海底的广泛探索。美国麻省理工学院（MIT）研究人员开发出一种声波驱动的无电池无线水下相机，为解决这一问题迈出了重要一步。该相机的能效比其他海底相机高出约10万倍，即使在黑暗的水下环境中，也能拍摄彩色照片，并通过水无线传输图像数据。研究论文发表在最近的《自然通讯》上。　　该相机的自主摄像头由声波驱动。它能将穿过水的声波的机械能转化为电能，为其成像和通信设备提供动力。在捕获和编码图像数据后，相机还使用声波将数据传输到重建图像的接收器。因为它不需要电源，所以相机可在探索海洋之前连续运行数周，使科学家能够在海洋的偏远地区寻找新物种。它还可通过拍摄监测海洋污染情况或水产养殖场鱼类的健康和生长。　　团队成员称，这款相机最令人兴奋的应用之一是气候监测。科学家正在建立气候模型，但缺少来自95%以上海洋的数据。这项技术可以帮助他们建立更准确的气候模型，更好地了解气候变化如何影响海底世界。　　为制造可长时间自主运行的相机，研究人员需要一种可在水下单独收集能量而自身功耗很少的设备。相机使用由压电材料制成的传感器获取能量以及超低功耗成像传感器，即使图像看起来黑白相间，红色、绿色和蓝色的光也会反射在每张照片的白色部分。图像数据在后处理中合并时，就可重建彩色图像。　　研究人员在几种水下环境中测试了相机。在其中一次，他们捕捉了漂浮在新罕布什尔州池塘中的塑料瓶的彩色图像。他们还能拍摄出高质量的非洲海星照片，照片中甚至连沿着海星手臂的微小结节清晰可见。该设备还有效地在一周的黑暗环境中反复对水下植物进行成像，以监测其生长情况。

近日，由中国科学院深海科学与工程研究所主持的中科院A类先导项专项研发的深海底多功能移动作业系统在我国南海进行了海上试验。中国科学院宁波材料技术与工程研究所精密驱动与智能机器人团队参与了该项目，并提供了2套水下矢量推进器，实现了深海底爬行式多功能移动作业平台的入水出水定向、海水中调姿和海底爬行辅助推进等多项功能，顺利完成预定的各项任务和考核指标。 　　深海底爬行式多功能移动作业系统设计最大工作水深4500米，可在深海底实现爬行作业，属于有缆深海作业装置。该装置由光电缆提供电源动力和长距离通信，然而在作业装置的下放和回收过程中易由于海流和浪涌影响而产生不可控的旋转，不仅有损坏光电缆的风险，而且可能导致作业装置无法回收等严重问题。因此需要调姿系统时刻保持作业装置的准确航向，避免其翻转、倾覆。 　　为保证深海底多功能作业系统在布放与回收时的姿态控制，宁波材料所精密驱动与智能机器人团队将推进和姿态调整功能集成到一个系统，研制了基于对转双转子电机的水下矢量推进器。该推进器使用永磁同步双转子电机直接驱动对转螺旋桨，可解决传统推进装置重量大、效率低、噪声大、易侧翻或侧滚等问题，提高了水下作业装置的平稳性；矢量调姿系统采用三自由度并联机构和直线驱动系统改变推进方向，可显著增强水下作业装置的调姿灵活性和机动性。 　　该团队成功研发了深海电动推杆、新型矢量调节机构、对转双转子直驱电机及基于碳化硅的高效率电机控制器等功能部件，攻克了深海环境下并联机构及推进器的耐压、防腐、密封等技术难题，完全实现了推进器的国产化。研制的矢量推进器额定功率3kW，额定输出推力800N，电机效率达到82%以上；推进器的矢量姿态调节角度最大达到±30°，通过调节左右2套推进器的推力，可实现水下作业装置的定向精度优于0.1°。与传统的单桨推进器相比，该矢量推进器具有效率高、推力大、可调姿、噪音低等优点，可广泛应用于水下潜航器、作业装置等的推进和调姿。 　　此次海试由探索二号试验船担任母船，宁波材料所精密驱动与智能机器人团队2名科研人员参航。水下矢量推进器搭载于深海底爬行式多功能作业系统，完成了一系列功能与性能验证测试，达到了4500米级深海装备标准，通过了现场海试专家组的考核，圆满完成了试验任务。