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【中国青年报】人在家中上网课,科创小马达已开启 大学生创客:脑洞已“返校”

供稿单位:      发布时间:2020-06-02     浏览次数:

科技创新需要什么?人才。人才需要什么?脑洞。大开脑洞哪家强?大学生创客。目前,虽然许多大学生还无法返校,但他们并没有闲下来,脑控机器人在等刘思宇,智能洗澡机在等郭育廷,生鲜外卖便携“小冰箱”在等林清宾,光电物流小车在等朱灏翔……这些同学尽管人在家中上网课,但脑洞已“返校”,每天都在为梦想成真而努力。

解码脑电波,让机器人会“读心术”

“我最近在家写论文,主体部分基本完成了,就差回学校补充实验结论。”刘思宇是北京理工大学生物医学工程专业的硕士生,最近他和同伴研发的脑控机器人项目获得了“共享杯”大学生科技资源共享服务创新大赛的一等奖,但这并不是他停下脚步的理由,当然新冠肺炎疫情也不是。他的梦想是让脑控机器人能够准确读取人的意念,成为残疾人的手和脚;用脑机接口技术为阿尔兹海默症患者进行神经康复训练;同时,助力教育课程研发。

刘思宇说,脑机接口技术不但是近些年大热的尖端科技,更是被国外封锁的技术。为了打造这个“从无到有”的脑控机器人系统,他和团队成员开了无数次“脑洞”,其中颇令他们满意的一个,是将ASR(伪迹子空间重建的简称)算法与CTS(运动-指令协同系统简称)系统应用于脑控机器人设备,过滤掉运动伪迹的干扰,让机器人能够准确地读取人的意图。

他们发明的脑控机器人系统由三部分组成,脑电帽、脑电波解码软件和智能机器人。当大脑思考时,会发出脑电波,人戴在头上的脑电帽会检测到这些电信号,然后通过脑电波解码软件分析出用户意图,编码成指令,控制机器人,机器人就可以替人实现转向、招手、抓取、定点释放等动作。

但他们和其他研究脑机接口技术的团队一样,都面临脑电波被干扰的问题。“大脑在思考的同时,人可能会有移动、眨眼、咬牙等动作。这些人体运动所发出的电信号远远强于脑电波,会将真正的脑电波信号覆盖掉,这类干扰就统称为运动伪迹。”刘思宇解释,而ASR算法可以实时过滤运动伪迹的干扰。刘思宇说:“这种算法是一种传统的信号处理算法,之前没有人将其应用在机器人的实时信号过滤场景中,我们这个创意相当于把实验室结论往现实中推进了一步。”

为了做项目,他们不停“逼着自己学”。在这个“超长假期”里,他们除了更新自己的技术知识储备,还在学习创业的商业模式。刘思宇说:“学校创新创业的氛围很好,有专门的学生创业园区,为我们提供办公场地。非常想回学校。”

“小冰箱”巧用半导体,助力生鲜外卖“最后一公里”

北京理工大学的实验室里有刘思宇的脑控机器人,东南大学的实验室里则摆着林清宾的太阳能与半导体制冷恒温冷链箱。他是能源与动力工程专业的本科生,研发这个生鲜外卖便携“小冰箱”耗费了他和小伙伴一年的心血。前不久,东南大学举办的大学生科技节向全校推介了这一科创作品。

生鲜冷链配送在当下十分常见,但林清宾觉得用冰袋保温并不环保,因此他瞄准各类制冷原理而大开脑洞。他发现,家用冰箱和空调的制冷剂制冷方式不适用于外卖场景,但半导体制冷有一个特性很合适。

“帕尔贴效应,指半导体通电后一面制冷、一面制热的特性。我们把半导体片放在外卖箱的侧面,发热的那一面朝外,制冷的那一面朝里,采用两片CPU大小的半导体片,就能够满足冷链箱的需要。”林清宾介绍,他们巧妙地运用太阳能电池板给半导体片供电,中间还加上了双向的控制开关,“这样用开关改变电流方向,冬天半导体片对着外卖箱内侧的那一面还可以制热,用来保温”。

“最初是想结合专业做一个节能减排的创新实践,说实话没考虑创业。”现在大四的林清宾憨笑着说:“不过,去年年底这种冷链箱已经获得了国家专利。”

洗澡机搓澡、物流车走直线都是难题

就像林清宾一样,“学以致用”是很多大学生最朴素的追求,哈尔滨工业大学的大三学生郭育廷和新萄京娱乐网址2492777的大一学生朱灏翔也是如此。

但与前两位学长不同的是,这两位同学的科创作品还处于雏形和半成品阶段,他们离成功的喜悦还比较遥远,最近体会更深的是创新的艰难。

其实,郭育廷和同学研制的智能洗澡机雏形在前不久举办的“共享杯”大赛上也获了奖,但他总觉得“我们这个做得还不够好”。“智能洗澡机肯定得能搓澡,但搓澡装置还在持续改进……”郭育廷考虑,当代独生子女众多,未来老年人洗澡或许面临困难,因此在学院组织的创新实践活动中,他选定了智能洗澡机这个方向。

但搓澡装置该长什么样?“搓澡这个动作应该属于直线往复运动”,开始,郭育廷选择了齿轮齿条机构,“这是把电机的旋转运动转化为直线运动的基本方式”,但这种机构的人体贴合度不太能满足他们的想象,“我们现在考虑改成丝杠滑台”。智能洗澡机小组的同学们恨自己脑洞不够深,“这个洗澡机现在还不太智能”,于是在受疫情影响的“超长假期”里,他们贪婪地储备新知识,力求让它智能起来。

郭育廷的心路历程,新萄京娱乐网址2492777电子工程专业的朱灏翔也深有体会。近来,他一直在研究一款光电物流小车,用于物流运输的拾取和分捡等场景。

“没想到让小车走直线那么难。小车可能以为它在走直线,但并没有。”朱灏翔大开脑洞:“我把常用于无人机飞行控制和卫星姿态调整的PID(比例-积分-微分控制简称)闭环控制原理应用在了小车的设计中。” 其实,朱灏翔不仅设计了软件,还做好了小车的三维仿真模型,并且和制作零件的淘宝店家进行了深入的沟通,虽然人还在家,但学习状态早已“返校”。

创意很丰满,实操较骨感

高校线上学习以来,有人担心“学生废了”,但这些脑洞转不停的同学显然是不必担心的。科技创新的小马达开起来想关都关不上,“这和为了考试而学习是不一样的”。

记者在采访大学生的科创项目时,确实体会到了同学们的脑洞之巧妙。不过,他们同时还告诉记者,“开脑洞不难,但实现起来很难”,相比于灵感本身,校园科创的行路人们认为大家更应该关注动手能力的培养。

“考试能力很猛和自己动手做一个作品完全不是一回事。”朱灏翔最近正深陷科创之苦,虽然专业课程也学过许多,但直到自己动手设计一个实物,他才真正体会到这是一件多么麻烦的事。他说:“小车的每个零件都要一笔一笔地去画,设计时还需要学习各种软件;有的零件可以买,但特殊形状的要自己建模准备3D打印,还有一部分需要和淘宝店家沟通订制,小车的底板我需要回学校之后自己用激光切割……不要以为切割很容易,一块底板是要开口还是开洞、在哪里开、开多大等等,每一个细节都需要考虑到。”

虽然光电小车刚刚走完建模阶段,但朱灏翔对实操能力的重要性已经感慨良多:“灵感是需要一步步实现的,凭空出现的新奇创造是不存在的。”

无独有偶,郭育廷同学在研制智能洗澡机时也对实操的实现深有感触。能胜任搓澡功能是郭廷育对洗澡机的一大期待。“但搓腿和搓背的机构怎样才能适合人体?大家高矮胖瘦不一样,该怎么办?”郭廷育虽然已经将不少机械制造的原理应用在了智能洗澡机的研制上,但他显然还很不满意:“这个洗澡机还不够智能,现在开门、开水、关水、搓澡、停下……执行每一步都需要人自己按按钮,我们希望把它改进得更智能,人只要坐在里面,什么也不用干就洗好了。”

虽然目前只是做出了一个雏形,但郭廷育对于脑洞和现实的差距已经有了清醒的认识,他笑着说:“开始产生想法不太难,后来设计图画起来就觉得有点难,再后来又发现零件有点难做,之后又发现组装更难……”

对于醉心科创的大学生来说,脑洞在,目标就在,目标在,就要想办法走好脚下的路,只要步履不停,总能离脑洞越来越近。

事实上,校园科创活动的魅力不仅在于开脑洞,催生同学们的创意,还在于同学们可以在这个过程中提升自己,从一个有创意的人,变成一个有创造力的人,而这个转变显然是需要动手能力来支撑的。

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