“靈動智控！一等獎！”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)試實驗、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，這會使信號監(jiān)測效果大打折扣，粘性電生理電極應(yīng)運而生。然而在日常運動狀態(tài)下，人體會產(chǎn)生一定的動態(tài)噪聲，干擾生理電監(jiān)測。針對這個問題，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)計競賽全國總決賽的舞臺。

在調(diào)研中，蜘蛛關(guān)節(jié)內(nèi)的一種粘彈性物質(zhì)引起了團隊成員們的注意。這種物質(zhì)可以有效過濾環(huán)境中30 Hz以下的動態(tài)噪聲，并且能有效識別周圍生物的動態(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)。

在之后的一個月里，他們不斷調(diào)節(jié)材料配比和各實驗步驟的時長，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)動態(tài)協(xié)同機械臂控制系統(tǒng)。這是他們項目研發(fā)中“最難的一環(huán)”?！耙寵C械臂跟隨人的手臂運動，首先要保證機械臂控制系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識別手臂動作?！睆堄鸾芙榻B說，“我們花了三周時間不斷測試各種手臂動作，向AI大模型輸入了大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù)?！痹诳此瓶菰锏倪^程中，他們最終讓機械臂實現(xiàn)了高準(zhǔn)確率的動作跟隨。之后，團隊又緊鑼密鼓地編寫了程序控制代碼，實現(xiàn)了機械臂中多電機的協(xié)調(diào)運作。

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

過程驚險刺激

國賽前夕，團隊成員抵達東南大學(xué)無錫國際校區(qū)?？紤]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密封袋，剛抵酒店就把設(shè)備放入冰箱保存。

在近六個月的比賽周期里，團隊成員們一路過關(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，團隊成員根據(jù)評委老師的建議，將有線采集電路板改進成了更便捷的無線采集模式，通過藍牙收集信號；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?！倍魏Ｑ笞猿笆降爻姓J。當(dāng)他們將設(shè)備帶到比賽場地時，發(fā)現(xiàn)所有團隊的幾百個設(shè)備沒有隔離地擺放在一起，某些隊伍的大型設(shè)備釋放出的較強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。從上午抵達一直調(diào)整到下午三四點，問題終于得到了比較完滿的解決?！爱?dāng)時確實很緊張，我們都沒顧上吃午飯。”毋紫楨談及此，依然心有余悸。

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

正當(dāng)一切有條不紊地進行時，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電極的抗干擾能力?！彼庾R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可。幾個測試動作完成后，緊抓的手終于松開?！翱偹沩樌瓿闪?！”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，他們終于共同為國賽畫上了圓滿的句點?！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。”隊長毋紫楨自豪地說。有時緊急任務(wù)下達，她會臨時聯(lián)系兩位隊員討論問題，“即使偶爾討論到凌晨兩三點，我們也會保持很積極的狀態(tài)。”

同時，他們也根據(jù)自身特長在團隊中發(fā)揮獨特作用。毋紫楨作為隊長，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”。段海洋認真樂觀，在其他隊員灰心時，他“總會說很多鼓勵的話，并把事情一點點做好”。

“除了我們?nèi)齻€，老師們和師兄師姐的幫助也特別重要?！比怀蓡T紛紛表示。作為整個團隊的主心骨，物理學(xué)院教授毛彥超老師對項目進行了整體指導(dǎo)，平時一直跟進指導(dǎo)項目的進度和完成情況，這更為他們增添了信心。毋紫楨回憶：“毛老師始終鼓勵我們要對自己的項目保持熱情，他的激勵讓我在答辯時更富有感染力。”物理學(xué)院副研究員朱鵬程老師也是一位“細節(jié)控”，他不僅在模擬答辯時提出諸多建議，對PPT上的字號和圖標(biāo)也會一一檢查，力求在每個細節(jié)上盡善盡美。在科研之外，整個團隊的氛圍輕松愉悅，“導(dǎo)師們會帶著我們一起聚餐，我們平常關(guān)系特別好?！?/p>

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”，他們將更勇敢堅定地奔赴前方的路。（呂品涵 肖精琦 撰稿）

參賽師生

頒獎現(xiàn)場