大學(xué)生創(chuàng)客：腦洞已“返校”
發(fā)布日期： 2020-05-21 供稿：中國(guó)青年報(bào)
編輯：吳楠 審核：劉曉俏 閱讀次數(shù)：原文標(biāo)題：大學(xué)生創(chuàng)客：腦洞已“返校”
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科技創(chuàng)新需要什么？人才。人才需要什么？腦洞。大開(kāi)腦洞哪家強(qiáng)？大學(xué)生創(chuàng)客。目前，雖然許多大學(xué)生還無(wú)法返校，但他們并沒(méi)有閑下來(lái)，腦控機(jī)器人在等劉思宇，智能洗澡機(jī)在等郭育廷，生鮮外賣便攜“小冰箱”在等林清賓，光電物流小車在等朱灝翔……這些同學(xué)盡管人在家中上網(wǎng)課，但腦洞已“返校”，每天都在為夢(mèng)想成真而努力。
解碼腦電波，讓機(jī)器人會(huì)“讀心術(shù)”
“我最近在家寫(xiě)論文，主體部分基本完成了，就差回學(xué)校補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)結(jié)論。”劉思宇是北京理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)的碩士生，最近他和同伴研發(fā)的腦控機(jī)器人項(xiàng)目獲得了“共享杯”大學(xué)生科技資源共享服務(wù)創(chuàng)新大賽的一等獎(jiǎng)，但這并不是他停下腳步的理由，當(dāng)然新冠肺炎疫情也不是。他的夢(mèng)想是讓腦控機(jī)器人能夠準(zhǔn)確讀取人的意念，成為殘疾人的手和腳；用腦機(jī)接口技術(shù)為阿爾茲海默癥患者進(jìn)行神經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練；同時(shí)，助力教育課程研發(fā)。
劉思宇說(shuō)，腦機(jī)接口技術(shù)不但是近些年大熱的尖端科技，更是被國(guó)外封鎖的技術(shù)。為了打造這個(gè)“從無(wú)到有”的腦控機(jī)器人系統(tǒng)，他和團(tuán)隊(duì)成員開(kāi)了無(wú)數(shù)次“腦洞”，其中頗令他們滿意的一個(gè)，是將ASR（偽跡子空間重建的簡(jiǎn)稱）算法與CTS（運(yùn)動(dòng)-指令協(xié)同系統(tǒng)簡(jiǎn)稱）系統(tǒng)應(yīng)用于腦控機(jī)器人設(shè)備，過(guò)濾掉運(yùn)動(dòng)偽跡的干擾，讓機(jī)器人能夠準(zhǔn)確地讀取人的意圖。
他們發(fā)明的腦控機(jī)器人系統(tǒng)由三部分組成，腦電帽、腦電波解碼軟件和智能機(jī)器人。當(dāng)大腦思考時(shí)，會(huì)發(fā)出腦電波，人戴在頭上的腦電帽會(huì)檢測(cè)到這些電信號(hào)，然后通過(guò)腦電波解碼軟件分析出用戶意圖，編碼成指令，控制機(jī)器人，機(jī)器人就可以替人實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向、招手、抓取、定點(diǎn)釋放等動(dòng)作。
但他們和其他研究腦機(jī)接口技術(shù)的團(tuán)隊(duì)一樣，都面臨腦電波被干擾的問(wèn)題。“大腦在思考的同時(shí)，人可能會(huì)有移動(dòng)、眨眼、咬牙等動(dòng)作。這些人體運(yùn)動(dòng)所發(fā)出的電信號(hào)遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于腦電波，會(huì)將真正的腦電波信號(hào)覆蓋掉，這類干擾就統(tǒng)稱為運(yùn)動(dòng)偽跡。”劉思宇解釋，而ASR算法可以實(shí)時(shí)過(guò)濾運(yùn)動(dòng)偽跡的干擾。劉思宇說(shuō)：“這種算法是一種傳統(tǒng)的信號(hào)處理算法，之前沒(méi)有人將其應(yīng)用在機(jī)器人的實(shí)時(shí)信號(hào)過(guò)濾場(chǎng)景中，我們這個(gè)創(chuàng)意相當(dāng)于把實(shí)驗(yàn)室結(jié)論往現(xiàn)實(shí)中推進(jìn)了一步。”
為了做項(xiàng)目，他們不停“逼著自己學(xué)”。在這個(gè)“超長(zhǎng)假期”里，他們除了更新自己的技術(shù)知識(shí)儲(chǔ)備，還在學(xué)習(xí)創(chuàng)業(yè)的商業(yè)模式。劉思宇說(shuō)：“學(xué)校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的氛圍很好，有專門(mén)的學(xué)生創(chuàng)業(yè)園區(qū)，為我們提供辦公場(chǎng)地。非常想回學(xué)校。”
“小冰箱”巧用半導(dǎo)體，助力生鮮外賣“最后一公里”
北京理工大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里有劉思宇的腦控機(jī)器人，東南大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室里則擺著林清賓的太陽(yáng)能與半導(dǎo)體制冷恒溫冷鏈箱。他是能源與動(dòng)力工程專業(yè)的本科生，研發(fā)這個(gè)生鮮外賣便攜“小冰箱”耗費(fèi)了他和小伙伴一年的心血。前不久，東南大學(xué)舉辦的大學(xué)生科技節(jié)向全校推介了這一科創(chuàng)作品。
生鮮冷鏈配送在當(dāng)下十分常見(jiàn)，但林清賓覺(jué)得用冰袋保溫并不環(huán)保，因此他瞄準(zhǔn)各類制冷原理而大開(kāi)腦洞。他發(fā)現(xiàn)，家用冰箱和空調(diào)的制冷劑制冷方式不適用于外賣場(chǎng)景，但半導(dǎo)體制冷有一個(gè)特性很合適。
“帕爾貼效應(yīng)，指半導(dǎo)體通電后一面制冷、一面制熱的特性。我們把半導(dǎo)體片放在外賣箱的側(cè)面，發(fā)熱的那一面朝外，制冷的那一面朝里，采用兩片CPU大小的半導(dǎo)體片，就能夠滿足冷鏈箱的需要。”林清賓介紹，他們巧妙地運(yùn)用太陽(yáng)能電池板給半導(dǎo)體片供電，中間還加上了雙向的控制開(kāi)關(guān)，“這樣用開(kāi)關(guān)改變電流方向，冬天半導(dǎo)體片對(duì)著外賣箱內(nèi)側(cè)的那一面還可以制熱，用來(lái)保溫”。
“最初是想結(jié)合專業(yè)做一個(gè)節(jié)能減排的創(chuàng)新實(shí)踐，說(shuō)實(shí)話沒(méi)考慮創(chuàng)業(yè)。”現(xiàn)在大四的林清賓憨笑著說(shuō)：“不過(guò)，去年年底這種冷鏈箱已經(jīng)獲得了國(guó)家專利。”
洗澡機(jī)搓澡、物流車走直線都是難題
就像林清賓一樣，“學(xué)以致用”是很多大學(xué)生最樸素的追求，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的大三學(xué)生郭育廷和華北電力大學(xué)的大一學(xué)生朱灝翔也是如此。
但與前兩位學(xué)長(zhǎng)不同的是，這兩位同學(xué)的科創(chuàng)作品還處于雛形和半成品階段，他們離成功的喜悅還比較遙遠(yuǎn)，最近體會(huì)更深的是創(chuàng)新的艱難。
其實(shí)，郭育廷和同學(xué)研制的智能洗澡機(jī)雛形在前不久舉辦的“共享杯”大賽上也獲了獎(jiǎng)，但他總覺(jué)得“我們這個(gè)做得還不夠好”。“智能洗澡機(jī)肯定得能搓澡，但搓澡裝置還在持續(xù)改進(jìn)……”郭育廷考慮，當(dāng)代獨(dú)生子女眾多，未來(lái)老年人洗澡或許面臨困難，因此在學(xué)院組織的創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，他選定了智能洗澡機(jī)這個(gè)方向。
但搓澡裝置該長(zhǎng)什么樣？“搓澡這個(gè)動(dòng)作應(yīng)該屬于直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)”，開(kāi)始，郭育廷選擇了齒輪齒條機(jī)構(gòu)，“這是把電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的基本方式”，但這種機(jī)構(gòu)的人體貼合度不太能滿足他們的想象，“我們現(xiàn)在考慮改成絲杠滑臺(tái)”。智能洗澡機(jī)小組的同學(xué)們恨自己腦洞不夠深，“這個(gè)洗澡機(jī)現(xiàn)在還不太智能”，于是在受疫情影響的“超長(zhǎng)假期”里，他們貪婪地儲(chǔ)備新知識(shí)，力求讓它智能起來(lái)。
郭育廷的心路歷程，華北電力大學(xué)電子工程專業(yè)的朱灝翔也深有體會(huì)。近來(lái)，他一直在研究一款光電物流小車，用于物流運(yùn)輸?shù)氖叭『头謸斓葓?chǎng)景。
“沒(méi)想到讓小車走直線那么難。小車可能以為它在走直線，但并沒(méi)有。”朱灝翔大開(kāi)腦洞：“我把常用于無(wú)人機(jī)飛行控制和衛(wèi)星姿態(tài)調(diào)整的PID（比例-積分-微分控制簡(jiǎn)稱）閉環(huán)控制原理應(yīng)用在了小車的設(shè)計(jì)中。” 其實(shí)，朱灝翔不僅設(shè)計(jì)了軟件，還做好了小車的三維仿真模型，并且和制作零件的淘寶店家進(jìn)行了深入的溝通，雖然人還在家，但學(xué)習(xí)狀態(tài)早已“返校”。
創(chuàng)意很豐滿，實(shí)操較骨感
高校線上學(xué)習(xí)以來(lái)，有人擔(dān)心“學(xué)生廢了”，但這些腦洞轉(zhuǎn)不停的同學(xué)顯然是不必?fù)?dān)心的。科技創(chuàng)新的小馬達(dá)開(kāi)起來(lái)想關(guān)都關(guān)不上，“這和為了考試而學(xué)習(xí)是不一樣的”。
記者在采訪大學(xué)生的科創(chuàng)項(xiàng)目時(shí)，確實(shí)體會(huì)到了同學(xué)們的腦洞之巧妙。不過(guò)，他們同時(shí)還告訴記者，“開(kāi)腦洞不難，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)很難”，相比于靈感本身，校園科創(chuàng)的行路人們認(rèn)為大家更應(yīng)該關(guān)注動(dòng)手能力的培養(yǎng)。
“考試能力很猛和自己動(dòng)手做一個(gè)作品完全不是一回事。”朱灝翔最近正深陷科創(chuàng)之苦，雖然專業(yè)課程也學(xué)過(guò)許多，但直到自己動(dòng)手設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)物，他才真正體會(huì)到這是一件多么麻煩的事。他說(shuō)：“小車的每個(gè)零件都要一筆一筆地去畫(huà)，設(shè)計(jì)時(shí)還需要學(xué)習(xí)各種軟件；有的零件可以買，但特殊形狀的要自己建模準(zhǔn)備3D打印，還有一部分需要和淘寶店家溝通訂制，小車的底板我需要回學(xué)校之后自己用激光切割……不要以為切割很容易，一塊底板是要開(kāi)口還是開(kāi)洞、在哪里開(kāi)、開(kāi)多大等等，每一個(gè)細(xì)節(jié)都需要考慮到。”
雖然光電小車剛剛走完建模階段，但朱灝翔對(duì)實(shí)操能力的重要性已經(jīng)感慨良多：“靈感是需要一步步實(shí)現(xiàn)的，憑空出現(xiàn)的新奇創(chuàng)造是不存在的。”
無(wú)獨(dú)有偶，郭育廷同學(xué)在研制智能洗澡機(jī)時(shí)也對(duì)實(shí)操的實(shí)現(xiàn)深有感觸。能勝任搓澡功能是郭廷育對(duì)洗澡機(jī)的一大期待。“但搓腿和搓背的機(jī)構(gòu)怎樣才能適合人體？大家高矮胖瘦不一樣，該怎么辦？”郭廷育雖然已經(jīng)將不少機(jī)械制造的原理應(yīng)用在了智能洗澡機(jī)的研制上，但他顯然還很不滿意：“這個(gè)洗澡機(jī)還不夠智能，現(xiàn)在開(kāi)門(mén)、開(kāi)水、關(guān)水、搓澡、停下……執(zhí)行每一步都需要人自己按按鈕，我們希望把它改進(jìn)得更智能，人只要坐在里面，什么也不用干就洗好了。”
雖然目前只是做出了一個(gè)雛形，但郭廷育對(duì)于腦洞和現(xiàn)實(shí)的差距已經(jīng)有了清醒的認(rèn)識(shí)，他笑著說(shuō)：“開(kāi)始產(chǎn)生想法不太難，后來(lái)設(shè)計(jì)圖畫(huà)起來(lái)就覺(jué)得有點(diǎn)難，再后來(lái)又發(fā)現(xiàn)零件有點(diǎn)難做，之后又發(fā)現(xiàn)組裝更難……”
對(duì)于醉心科創(chuàng)的大學(xué)生來(lái)說(shuō)，腦洞在，目標(biāo)就在，目標(biāo)在，就要想辦法走好腳下的路，只要步履不停，總能離腦洞越來(lái)越近。
事實(shí)上，校園科創(chuàng)活動(dòng)的魅力不僅在于開(kāi)腦洞，催生同學(xué)們的創(chuàng)意，還在于同學(xué)們可以在這個(gè)過(guò)程中提升自己，從一個(gè)有創(chuàng)意的人，變成一個(gè)有創(chuàng)造力的人，而這個(gè)轉(zhuǎn)變顯然是需要?jiǎng)邮帜芰?lái)支撐的。
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