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      麻省理工學院計算機科學科研項目

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      麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology, MIT),創立于1861年,坐落于美國馬薩諸塞州劍橋市(大波士頓地區),是世界著名私立研究型大學。作為世界頂尖高校,麻省理工學院(MIT)尤其以自然及工程學享譽世界,位列2015-16年世界大學學術排名(ARWU)工程學世界第1、計算機科學第2,與斯坦福大學、加州大學伯克利分校一同被稱為工程科技界的學術領袖。截止2016年,麻省理工共走出了19位圖靈獎(計算機界最高獎)得主;先后有87位諾貝爾獎得主在麻省理工學院工作或學習過。
      1.      面向對象
      準備申請美國名校計算機、自動化類相關專業的高中生、大學生。
      2.      科研主題
      機械制造是國民經濟的支柱產業,是國家工業體系的重要基礎和國民經濟的重要組成部分。近年來,隨著工業4.0,智能制造,智能硬件,機器人等概念和產品的興起,機械工程學科更是被賦予了新的活力。
      計算機科學是20世紀最先進的科學技術發明之一,對人類的生產活動和社會活動產生了極其重要的影響并以強大的生命力飛速發展。它的應用領域從最初的軍事科研應用擴展到社會的各個領域,已形成了規模巨大的計算機產業,帶動了全球范圍的技術進步,并由此引發了深刻的社會變革。
      該科研主題包括:
      1)     麻省理工學院·機械工程(Mechanical Engineering)(內容主要涵蓋計算機輔助設計CAD,3D打印機工作原理及示例,直流電機工作原理及控制,超聲波檢測基本原理及應用,機電系統控制理論及應用,圖形化編程界面應用,簡單電路設計及應用,醫療EKG測量心電圖原理,簡單機器人平面機械臂展示及應用,基本控制芯片構造及編程)
      2)     麻省理工學院·計算機科學(Computer Science)(內容主要涵蓋計算機的基本架構,計算機的發展進程,編程入門,人工智能的基本數學原理,人工智能在語音語言處理、計算機視覺、醫療健康的應用,計算機產業的發展前瞻)
      3.      科研性質和目的
      機械工程科研旨在培養學生對機械工程學科,尤其是機電一體化,智能硬件設計與控制的興趣。通過三個學生能切身感受到的硬件設計項目,讓學生既能對先進智能機電系統有總體的了解,又能實際動手操作去了解硬件工作原理并且操控硬件。讓學生體會到麻省理工學院注重培養學生動手能力的教育理念,從而為世界貢獻了大量杰出的工程師。更加重要的是,這樣的經歷鼓勵學生在他們以后的學習生活中,仔細觀察身邊的機械系統和電子系統,了解工作原理,并且敢于跳出書本,用雙手將自己的想法變成現實。
      此外,計算機科學旨在讓學生了解基本的現代計算機的基本硬件和軟件架構,了解從圖靈機的理論模型到現代基于大規模集成電路的計算機的發展進程,對計算機科學有概要的認識。通過學習基礎的編程技能以及人工智能的基本數學原理,上手編程實現一個簡單的人工智能程序,實現對人工智能的基本了解。通過對人工智能在語音語言處理、計算機視覺、醫療健康的應用進行講解展示,了解人工智能這一計算機重大分支學科對當代人類社會所產生的巨大影響;通過對計算機產業前瞻性的分析討論了解這一產業的發展趨勢。
      科研完成時,學生將了解麻省理工學院的授課方式及培養流程,并對規劃設計專業尤其是城市交通規劃、機械設計專業有一個完整的認知,形成專業概念,為后續專業科研的學習奠定基礎。同時,在此基礎上,培養從事前沿領域的研究和實際科研項目研究工作的能力,具備基本的科研素質、撰寫一定質量的學術論文和在導師的指導下進行比較簡單科研項目的開展能力,為專業選擇及后續專業科研的學習和研究奠定基礎,對學生自己未來的職業發展有著十分重要的意義。
      4.      科研內容
      研究模塊1——計算機科學(人工智能及其相關應用產業)
      計算機科學模塊將以三個部分進行展開和切入。第一部分讓學生了解基本的現代計算機的基本硬件和軟件架構,了解從圖靈機的理論模型到現代基于大規模集成電路的計算機的發展進程,對計算機科學有概要的認識。第二部分通過學習基礎的編程技能以及人工智能的基本數學原理,上手編程實現一個簡單的人工智能程序,實現對人工智能的基本了解。第三部分通過對人工智能在語音語言處理、計算機視覺、醫療健康的應用進行講解展示,了解人工智能這一計算機重大分支學科對當代人類社會所產生的巨大影響;通過對計算機產業前瞻性的分析討論了解這一產業的發展趨勢。
      研究模塊2——機械工程(機電一體化與控制)
      機械工程模塊將會以三個可以切實感受和操作的項目為載體,向學生介紹機電一體化與控制的基本概念,培養學生的動手興趣與能力。在第一個項目中介紹直流電機工作原理及控制,超聲波檢測基本原理及應用,機電系統控制理論及應用,以及圖形化編程界面應用;在第二個項目中介紹計算機輔助設計CAD,3D打印機工作原理及示例,簡單電路設計及應用,以及醫療EKG測量心電圖原理;在第三個項目中介紹機器人機械手的設計與控制,嵌入式系統開發。
      5.      科研進程
      Section
      Contents
      Section 1
      科研內容:以剪切波超聲波成像技術為載體,介紹機電系統集成與控制
      -Force sensor integration
      -Displacement sensor and feedback control of voice coil actuator
      -PID control
      -Labview programming introduction
      -NI myRIO controller introduction
      -Ultrasound transducer application
      -Ultrasonic pulser/receiver
      -Picoscope for data collection
      Section 2
      科研內容:讓學生親手參與設計與搭建簡單醫療EKG系統來測量自己的心電圖,從而了解基本的電子元器件應用,同時穿插計算機輔助設計軟件應用和3D打印機介紹
      -SolidWorks introduction
      -3D printer demo
      -Resistors and capacitors
      -Instrumentation amplifier
      -Analog low-pass filter
      -Introduction of using lab oscilloscope
      -Medical EKG/EEG introduction
      Section 3
      科研內容:介紹電機原理,嵌入式系統編程,機械結構設計,激光切割技術,通過讓學生搭建簡單機械手,了解機電一體化系統的設計與建造流程與基礎空間運動學在機械手中的運用,并使用手勢傳感器LeapMotion實現對機械手的控制
      -Actuator introduction
      -Rapid prototyping introduction
      -Arduino programing introduction
      -Servo motor control
      -Spatial kinematics introduction
      -Mechanical gripper assembly
      -Control of mechanical gripper
      -Introduction to Leap Motion
      -Leap Motion control of mechanical gripper
      -Demonstration of high DOF mechanical hand control with leap motion
      Section 4
      科研內容:計算機的發展進程和基本架構
      -Turing machine
      -The demand of the second world
      -Silicon Valley
      -Hardware
      -Software
      Section 5
      科研內容:人工智能與基礎編程
      -Data fitting
      -Regression and Classification
      -Data prediction
      -MATLAB
      -Practice: predict the weather
      Section 6
      科研內容:人工智能的產業應用與技術前瞻
      -Natural language processing
      -Computer vision
      -Health care data analysis
      -The future of artificial intelligence
      6.      參與科研的最大收獲
      挑戰自身潛能,切身體會世界理工之最——麻省理工學院嚴苛的學術氛圍。通過參加2~4周緊張而豐富的科研,學生能親身體會國際精英們在這樣的學術氛圍下如何完成自身成長;
      極大拓寬學生視野。麻省理工學院(MIT)作為世界頂尖高校,尤其以自然及工程學享譽世界,其建筑與規劃學院以及工程學院世界一流,同時城市規劃與研究系(DUSP)和機械工程系是MIT的重點科系,其交通規劃與城市設計專業在美國規劃教育協會所屬的院系中是資歷最老的一個,教學與科研規模在全美規劃院系中首屈一指。處在這樣一個學習氛圍下,能夠讓學生擁有國際視野,了解到世界頂尖的設計行業在研究的課題和內容以及世界最新發展態勢,從而對整個行業有更清晰的認知;
      學生將有機會與頂尖教授零距離交流,聆聽世界一流規劃師、設計師的講座,獲取該產業第一手現實資料;
      科研完成后,學生將會全面了解并體會到麻省理工學院的授課及培養流程,并對規劃、設計專業尤其是城市交通規劃、城市設計、機械設計專業有一個完整的認知,將對學生今后的專業選擇以及后續專業科研學習幫助良多;
      同時,經過2~4周的美國學習生活,學生能夠為將來的赴美留學打下基礎,并且能夠根據自身情況對未來有更清晰的規劃。在面臨人生選擇和確定發展方向的十字路口,這一段經歷將會成為學生十分寶貴的財富。

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