“靈動(dòng)智控！一等獎(jiǎng)！”2024年8月9日晚，江蘇無(wú)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(jí)碩士研究生毋紫楨、張羽杰、段海洋收到了獲得全國(guó)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(guó)決賽的通知。這一段科研競(jìng)賽之旅與橋結(jié)緣，但是對(duì)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(cè)是一種通過(guò)捕捉和分析人體電信號(hào)來(lái)評(píng)估人體生理狀態(tài)的技術(shù)。如今，電生理監(jiān)測(cè)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(cè)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(hào)監(jiān)測(cè)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(cè)。針對(duì)這個(gè)問(wèn)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(hào)監(jiān)測(cè)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(guó)研究生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽全國(guó)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(guò)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(hào)，這種選擇性過(guò)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(zhǎng)，最終做出了成型的、阻尼性能優(yōu)良的電極材料。經(jīng)測(cè)試，他們研發(fā)的電極對(duì)26.5 Hz以下的噪聲信號(hào)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)”。“要讓機(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(shuō)，“我們花了三周時(shí)間不斷測(cè)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)?！痹诳此瓶菰锏倪^(guò)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(duì)即將到來(lái)的大賽，他們充滿信心。

過(guò)程驚險(xiǎn)刺激

國(guó)賽前夕，團(tuán)隊(duì)成員抵達(dá)東南大學(xué)無(wú)錫國(guó)際校區(qū)?？紤]到溫度、濕度等因素對(duì)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(guò)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(jìng)爭(zhēng)力。在校賽結(jié)束后，團(tuán)隊(duì)成員根據(jù)評(píng)委老師的建議，將有線采集電路板改進(jìn)成了更便捷的無(wú)線采集模式，通過(guò)藍(lán)牙收集信號(hào)；華中賽區(qū)的評(píng)委則在展示方法上提出了寶貴意見，促使他們?cè)诖疝q時(shí)更加注意自身作品與現(xiàn)有商業(yè)電極的性能對(duì)比，以突出產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。

“我們認(rèn)為做的準(zhǔn)備已經(jīng)很全面了，但是到了國(guó)賽現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)還是有疏忽的地方?！倍魏Ｑ笞猿笆降爻姓J(rèn)。當(dāng)他們將設(shè)備帶到比賽場(chǎng)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(duì)次日比賽的影響無(wú)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(wèn)題終于得到了比較完滿的解決。“當(dāng)時(shí)確實(shí)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(guó)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(cè)展示（即把連接藍(lán)牙的便攜式心電監(jiān)測(cè)裝置貼在胸前，通過(guò)跑步、深蹲等不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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?！拔伊ⅠR反應(yīng)過(guò)來(lái)，這是評(píng)委想通過(guò)制造一些非正常的干擾來(lái)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(cè)試動(dòng)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(chǎng)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(guó)賽畫上了圓滿的句點(diǎn)。“答辯結(jié)束的那一刻，心里像放下了一塊大石頭?！蔽阕蠘E說(shuō)。

“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?！拔覀兌紦尰罡?、不推卸?！标?duì)長(zhǎng)毋紫楨自豪地說(shuō)。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(wèn)題，“即使偶爾討論到凌晨?jī)扇c(diǎn)，我們也會(huì)保持很積極的狀態(tài)?！?/p>

同時(shí)，他們也根據(jù)自身特長(zhǎng)在團(tuán)隊(duì)中發(fā)揮獨(dú)特作用。毋紫楨作為隊(duì)長(zhǎng)，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(wèn)”，他總能想出創(chuàng)新性的解決問(wèn)題的方法，尤其擅長(zhǎng)解決程序方面的問(wèn)題，并且“他很有韌性，不把問(wèn)題解決絕不罷休”。段海洋認(rèn)真樂(lè)觀，在其他隊(duì)員灰心時(shí)，他“總會(huì)說(shuō)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(duì)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?cè)鎏砹诵判?。毋紫楨回憶：“毛老師始終鼓勵(lì)我們要對(duì)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(duì)PPT上的字號(hào)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?！?/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(jìn)他們的心里。他們共坐橋下，暢談過(guò)去、當(dāng)下和未來(lái)。

“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(duì)未來(lái)的憧憬。這場(chǎng)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(guò)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(chǎng)