“靈動(dòng)智控,！一等獎(jiǎng)！”2024年8月9日晚,，江蘇無錫,。江南潮濕的晚風(fēng)徐徐吹拂,，在一座大橋下的岸邊，物理學(xué)院2023級碩士研究生毋紫楨,、張羽杰,、段海洋收到了獲得全國總決賽一等獎(jiǎng)的喜訊。十八天前的7月22日深夜,，他們同樣在武漢的一座橋下收到了入圍全國決賽的通知,。這一段科研競賽之旅與橋結(jié)緣，但是對于他們而言,，真正通往成功的“橋”卻是將近半年的反復(fù)調(diào)試實(shí)驗(yàn),、思索攻關(guān)和導(dǎo)師們的悉心指導(dǎo)搭筑而成的。

設(shè)想從蜘蛛開始

電生理監(jiān)測是一種通過捕捉和分析人體電信號來評估人體生理狀態(tài)的技術(shù),。如今,，電生理監(jiān)測儀器已經(jīng)嵌入各種可穿戴設(shè)備，成為人們隨時(shí)了解自己健康狀態(tài)的渠道之一,。電生理電極是該儀器的核心部件,，它的性能優(yōu)劣直接影響電生理監(jiān)測的準(zhǔn)確性。

傳統(tǒng)的電生理電極并不能牢固貼合人體皮膚,，這會(huì)使信號監(jiān)測效果大打折扣,，粘性電生理電極應(yīng)運(yùn)而生。然而在日常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下,，人體會(huì)產(chǎn)生一定的動(dòng)態(tài)噪聲,，干擾生理電監(jiān)測。針對這個(gè)問題,，毋紫楨,、張羽杰和段海洋展開了題為“抗干擾可粘附生理電電極用于生理電信號監(jiān)測和動(dòng)態(tài)人際交互傳感”的研究，并將研究成果送上了第十九屆中國研究生電子設(shè)計(jì)競賽全國總決賽的舞臺(tái),。

在調(diào)研中,，蜘蛛關(guān)節(jié)內(nèi)的一種粘彈性物質(zhì)引起了團(tuán)隊(duì)成員們的注意。這種物質(zhì)可以有效過濾環(huán)境中30 Hz以下的動(dòng)態(tài)噪聲,，并且能有效識(shí)別周圍生物的動(dòng)態(tài)信號，這種選擇性過濾性能稱為阻尼性能,。

“能不能參考它的材料體系研發(fā)出一種新的電極材料,，以兼顧阻尼性能和黏附性能？”小組成員靈光閃現(xiàn),。

在之后的一個(gè)月里,，他們不斷調(diào)節(jié)材料配比和各實(shí)驗(yàn)步驟的時(shí)長，最終做出了成型的,、阻尼性能優(yōu)良的電極材料,。經(jīng)測試,，他們研發(fā)的電極對26.5 Hz以下的噪聲信號具有良好的阻尼能力，阻尼因子最大值達(dá)到2.5,而普通電極的阻尼因子普遍低于1,。

電極制作關(guān)被攻破,，他們又開始著手開發(fā)動(dòng)態(tài)協(xié)同機(jī)械臂控制系統(tǒng)。這是他們項(xiàng)目研發(fā)中“最難的一環(huán)”,?！耙寵C(jī)械臂跟隨人的手臂運(yùn)動(dòng)，首先要保證機(jī)械臂控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別手臂動(dòng)作,?！睆堄鸾芙榻B說，“我們花了三周時(shí)間不斷測試各種手臂動(dòng)作,，向AI大模型輸入了大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù),。”在看似枯燥的過程中,，他們最終讓機(jī)械臂實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確率的動(dòng)作跟隨,。之后，團(tuán)隊(duì)又緊鑼密鼓地編寫了程序控制代碼,，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械臂中多電機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)作,。

團(tuán)隊(duì)成員扎實(shí)的知識(shí)基礎(chǔ)、巧妙的聯(lián)想應(yīng)用和艱辛的實(shí)驗(yàn)研發(fā)凝結(jié)成了性能優(yōu)良的阻尼粘性電極和機(jī)械臂控制系統(tǒng),。面對即將到來的大賽,，他們充滿信心。

過程驚險(xiǎn)刺激

國賽前夕,，團(tuán)隊(duì)成員抵達(dá)東南大學(xué)無錫國際校區(qū),。考慮到溫度,、濕度等因素對呈現(xiàn)效果的影響,，他們把電生理電極裝進(jìn)密封袋，剛抵酒店就把設(shè)備放入冰箱保存,。

在近六個(gè)月的比賽周期里,，團(tuán)隊(duì)成員們一路過關(guān)斬將，經(jīng)歷校賽,、省賽,、華中賽區(qū)的比賽，在賽事的磨煉中不斷優(yōu)化產(chǎn)品,、提高競爭力,。在校賽結(jié)束后，團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)評委老師的建議,，將有線采集電路板改進(jìn)成了更便捷的無線采集模式,，通過藍(lán)牙收集信號,；華中賽區(qū)的評委則在展示方法上提出了寶貴意見，促使他們在答辯時(shí)更加注意自身作品與現(xiàn)有商業(yè)電極的性能對比,，以突出產(chǎn)品優(yōu)勢,。

“我們認(rèn)為做的準(zhǔn)備已經(jīng)很全面了，但是到了國賽現(xiàn)場,，發(fā)現(xiàn)還是有疏忽的地方,。”段海洋自嘲式地承認(rèn),。當(dāng)他們將設(shè)備帶到比賽場地時(shí),，發(fā)現(xiàn)所有團(tuán)隊(duì)的幾百個(gè)設(shè)備沒有隔離地?cái)[放在一起，某些隊(duì)伍的大型設(shè)備釋放出的較強(qiáng)電磁波明顯干擾了電極的穩(wěn)定性,，這對次日比賽的影響無疑是致命的,。三人快速調(diào)試設(shè)備，迅速調(diào)整軟件參數(shù),，試圖將干擾程度降到最低,。從上午抵達(dá)一直調(diào)整到下午三四點(diǎn)，問題終于得到了比較完滿的解決,?！爱?dāng)時(shí)確實(shí)很緊張，我們都沒顧上吃午飯,?！蔽阕蠘E談及此，依然心有余悸,。

2024年8月9日,，國賽正式開始。毋紫楨負(fù)責(zé)答辯,，張羽杰負(fù)責(zé)動(dòng)態(tài)心電監(jiān)測展示（即把連接藍(lán)牙的便攜式心電監(jiān)測裝置貼在胸前,，通過跑步、深蹲等不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測心率和心電圖等信息）,，段海洋負(fù)責(zé)人機(jī)交互展示（即把電極貼在手臂上,，控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)）。

正當(dāng)一切有條不紊地進(jìn)行時(shí),，段海洋突然感覺貼有電極的手臂被緊緊抓住,。“我立馬反應(yīng)過來,，這是評委想通過制造一些非正常的干擾來檢驗(yàn)電極的抗干擾能力?！彼庾R(shí)到,，只有表現(xiàn)得更加穩(wěn)定,，他們的產(chǎn)品才有可能獲得更高的認(rèn)可。幾個(gè)測試動(dòng)作完成后,，緊抓的手終于松開,。“總算順利完成了,！”段海洋松了一口氣,。在約16攝氏度的比賽場地，他穿著單薄的短袖,，衣背卻被汗水浸濕,。

克服了重重出乎意料的考驗(yàn)，他們終于共同為國賽畫上了圓滿的句點(diǎn),?！按疝q結(jié)束的那一刻，心里像放下了一塊大石頭,?！蔽阕蠘E說。

“我們”是攻克難關(guān)的關(guān)鍵所在

科研的道路并不輕松,，但勠力同心的干勁可以淡化其中的艱辛,。“我們都搶活干,、不推卸,。”隊(duì)長毋紫楨自豪地說,。有時(shí)緊急任務(wù)下達(dá),，她會(huì)臨時(shí)聯(lián)系兩位隊(duì)員討論問題，“即使偶爾討論到凌晨兩三點(diǎn),，我們也會(huì)保持很積極的狀態(tài),。”

同時(shí),，他們也根據(jù)自身特長在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮獨(dú)特作用,。毋紫楨作為隊(duì)長，兼具各方面的技術(shù)能力,，善于溝通協(xié)調(diào),。張羽杰被封為“技術(shù)顧問”，他總能想出創(chuàng)新性的解決問題的方法,，尤其擅長解決程序方面的問題,，并且“他很有韌性，不把問題解決絕不罷休”,。段海洋認(rèn)真樂觀,，在其他隊(duì)員灰心時(shí),，他“總會(huì)說很多鼓勵(lì)的話，并把事情一點(diǎn)點(diǎn)做好”,。

“除了我們?nèi)齻€(gè),，老師們和師兄師姐的幫助也特別重要?！比怀蓡T紛紛表示,。作為整個(gè)團(tuán)隊(duì)的主心骨，物理學(xué)院教授毛彥超老師對項(xiàng)目進(jìn)行了整體指導(dǎo),，平時(shí)一直跟進(jìn)指導(dǎo)項(xiàng)目的進(jìn)度和完成情況,，這更為他們增添了信心。毋紫楨回憶：“毛老師始終鼓勵(lì)我們要對自己的項(xiàng)目保持熱情,，他的激勵(lì)讓我在答辯時(shí)更富有感染力,。”物理學(xué)院副研究員朱鵬程老師也是一位“細(xì)節(jié)控”,，他不僅在模擬答辯時(shí)提出諸多建議,，對PPT上的字號和圖標(biāo)也會(huì)一一檢查，力求在每個(gè)細(xì)節(jié)上盡善盡美,。在科研之外,，整個(gè)團(tuán)隊(duì)的氛圍輕松愉悅，“導(dǎo)師們會(huì)帶著我們一起聚餐,，我們平常關(guān)系特別好,。”

在比賽中,，三位成員是一拍即合的搭檔,；在比賽之余，他們是志同道合的好友,?！疤闪耍∥覀兊膬纱魏孟⒍际且黄鹪跇蛳率盏降??！蔽阕蠘E感慨道。夜晚的大橋燈光璀璨,，成功的喜悅伴隨著徐徐晚風(fēng)鐫刻進(jìn)他們的心里,。他們共坐橋下，暢談過去,、當(dāng)下和未來,。

“如果可以，我們還想一起組隊(duì)研究出更多成果！”三位成員共同道出了對未來的憧憬,。這場比賽拓寬了他們產(chǎn)品設(shè)計(jì)的思路,，磨礪了他們答辯展示的能力，也讓他們之間的默契更深,。如今，他們已經(jīng)開始進(jìn)行下一步的課題研究,。這片電極雖小,，但已然成為了他們科研之路上“一座重要的橋”，走過這座“橋”,，他們將更勇敢堅(jiān)定地奔赴前方的路,。（呂品涵 肖精琦 撰稿）

參賽師生

頒獎(jiǎng)現(xiàn)場