生物學(xué)課題：生物系統(tǒng)與大腦仿生研究【高中組】

生物學(xué)/仿生機(jī)器人

項(xiàng)目背景

隨著世界科技與經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，人們逐漸進(jìn)入了的仿生機(jī)械時(shí)代。那些將仿生學(xué)與機(jī)械技術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)品——仿生機(jī)器人，不僅可以幫人們開(kāi)啟對(duì)未知領(lǐng)域的探索，還可以幫人們完成各種危險(xiǎn)作業(yè)，如：宇宙探索、反恐防爆、工程勘探、搶險(xiǎn)賑災(zāi)、安全救援等等。同時(shí)，隨著世界人口老齡化的現(xiàn)象日益嚴(yán)重，青年勞動(dòng)力的嚴(yán)重匱乏，迫使人們開(kāi)啟了全新的仿生時(shí)代，而仿生機(jī)器人則成為了世界各國(guó)的研究熱點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于家庭服務(wù)、傳統(tǒng)制造業(yè)、醫(yī)療衛(wèi)生等各個(gè)日常領(lǐng)域。從20世紀(jì)60年代末日本早稻田大學(xué)的WAP、WL、WABOT系列機(jī)器人能實(shí)現(xiàn)基本行走功能開(kāi)始，到2021年浙江大學(xué)開(kāi)發(fā)的仿生軟體智能機(jī)器人首次實(shí)現(xiàn)在世界最深的馬里亞納海溝進(jìn)行的深海自主游動(dòng)，在不到百年的時(shí)間中，智能仿生機(jī)器人發(fā)展迅速，成為了生物學(xué)與人工智能交叉領(lǐng)域最具前沿性和發(fā)展空間的研究方向。但如何實(shí)現(xiàn)智能仿生機(jī)器人的神經(jīng)元精細(xì)控制，高效生命能量轉(zhuǎn)換，如何通過(guò)自然界生物學(xué)的啟發(fā)來(lái)改進(jìn)我們的技術(shù)，仍是當(dāng)今仿生機(jī)器學(xué)的研究重點(diǎn)。項(xiàng)目提供了一系列在工程技術(shù)引領(lǐng)下的生物學(xué)創(chuàng)新應(yīng)用。

項(xiàng)目介紹

項(xiàng)目將從生物學(xué)原理入手，幫助學(xué)生建立對(duì)智能仿生機(jī)器人的基礎(chǔ)了解。隨后，學(xué)生將進(jìn)一步探究智能仿生機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理，比如，如何通過(guò)機(jī)器實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的精細(xì)控制，如何控制肌肉的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)致動(dòng)、傳感技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)（游泳/行走），介紹剛性/軟機(jī)器人之間的區(qū)別和設(shè)計(jì)原理，用工程技術(shù)引領(lǐng)生物學(xué)的創(chuàng)新應(yīng)用。 通過(guò)智能仿生機(jī)器人的具體實(shí)例分析研究，項(xiàng)目還將討論當(dāng)前機(jī)器人技術(shù)的技術(shù)局限性以及它們未來(lái)的發(fā)展前景。在項(xiàng)目結(jié)束時(shí)，學(xué)生根據(jù)自己對(duì)智能仿生機(jī)器人設(shè)計(jì)原理，對(duì)機(jī)器人的行為演示和性能進(jìn)行調(diào)查分析，提交項(xiàng)目個(gè)性化研究課題報(bào)告，進(jìn)行成果展示。

個(gè)性化研究課題參考：

新型軟體材料機(jī)器人技術(shù)探究

六足智能仿生機(jī)器人優(yōu)勢(shì)及其設(shè)計(jì)

智能仿生水中機(jī)器人的設(shè)計(jì)原理及性能分析

適合人群

高中生

希望修讀生物、生物工程、仿生學(xué)、仿生機(jī)器人學(xué)、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等專業(yè)的學(xué)生，對(duì)仿生機(jī)器人研究感興趣的學(xué)生； 學(xué)生需要具備物理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，至少會(huì)使用一門編程語(yǔ)言。

導(dǎo)師介紹

劍橋大學(xué)終身教授

Fumiya導(dǎo)師現(xiàn)任劍橋大學(xué)工程學(xué)院機(jī)器人方向終身教授、劍橋大學(xué)仿生機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室主任，曾任蘇黎世理工學(xué)院（ETH Zurich；國(guó)際研究型大學(xué)聯(lián)盟、全球大學(xué)高研院聯(lián)盟、IDEA聯(lián)盟成員，以研究聞名，多年蟬聯(lián)歐洲大陸高校翹首）教授、麻省理工學(xué)院計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室博士后研究員（Postdoctoral Associate）。Fumiya導(dǎo)師的研究聚焦仿生機(jī)器人、快速機(jī)器人制作與進(jìn)化機(jī)器人學(xué)、生物系統(tǒng)神經(jīng)生物機(jī)械建模等，在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文百余篇，出版多部專著，學(xué)術(shù)引用量達(dá)5401，i10-index87。

任職學(xué)校

劍橋大學(xué)建校于1209年，是世界范圍內(nèi)歷史最為悠久的大學(xué)之一，英國(guó)Top2名校，G5名校之一。劍橋大學(xué)享有世界聲譽(yù)，在英國(guó)社會(huì)和高等教育系統(tǒng)中具有極其重要的地位，同時(shí)具有廣泛的世界性影響。許多青年學(xué)子都以到劍橋大學(xué)深造為理想。劍橋大學(xué)在2020年QS世界大學(xué)綜合排名位列第7。

項(xiàng)目大綱

仿生機(jī)器人、生物學(xué)原理

設(shè)計(jì)與架構(gòu)

生物系統(tǒng),機(jī)器與動(dòng)物之間的區(qū)別（肌肉VS動(dòng)力系統(tǒng)、人腦VS電腦）

類動(dòng)物性學(xué)習(xí)和適應(yīng) 

項(xiàng)目回顧與成果展示 

論文輔導(dǎo) 

時(shí)間安排與收獲

7周在線小組科研學(xué)習(xí)+5周論文輔導(dǎo)學(xué)習(xí) 共125課時(shí)

學(xué)術(shù)報(bào)告

優(yōu)秀學(xué)員獲主導(dǎo)師Reference Letter

EI/CPCI/Scopus/ProQuest/Crossref/EBSCO或同等級(jí)別索引國(guó)際會(huì)議全文投遞與發(fā)表（可用于申請(qǐng)）

結(jié)業(yè)證書(shū)

成績(jī)單

全球最大教育評(píng)估認(rèn)證組織Cognia（原AdvanceED）及 College Board權(quán)威認(rèn)證高中學(xué)分