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麻省理工學院計算機科學科研項目

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麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology, MIT),创立于1861年,坐落于美国马萨诸塞州剑桥市(大波士顿地区),是世界著名私立研究型大学。作为世界顶尖高校,麻省理工学院(MIT)尤其以自然及工程学享誉世界,位列2015-16年世界大学学术排名(ARWU)工程学世界第1、计算机科学第2,与斯坦福大学、加州大学伯克利分校一同被称为工程科技界的学术领袖。截止2016年,麻省理工共走出了19位图灵奖(计算机界最高奖)得主;先后有87位诺贝尔奖得主在麻省理工学院工作或学习过。
1.      面向對象
准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産業,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,機器人等概念和産品的興起,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,對人類的生産活動和社會活動産生了極其重要的影響並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産業,帶動了全球範圍的技術進步,並由此引發了深刻的社會變革。
该科研主題包括:
1)     麻省理工学院·机械工程(Mechanical Engineering)(内容主要涵盖计算机辅助设计CAD,3D打印机工作原理及示例,直流电机工作原理及控制,超声波检测基本原理及应用,机电系统控制理论及应用,图形化编程界面应用,简单电路设计及应用,医疗EKG测量心电图原理,简单机器人平面机械臂展示及应用,基本控制芯片构造及编程)
2)     麻省理工学院·计算机科学(Computer Science)(内容主要涵盖计算机的基本架构,计算机的发展进程,编程入门,人工智能的基本数学原理,人工智能在语音语言处理、计算机视觉、医疗健康的应用,计算机产业的发展前瞻)
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並且操控硬件。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,從而爲世界貢獻了大量傑出的工程師。更加重要的是,這樣的經曆鼓勵學生在他們以後的學習生活中,仔細觀察身邊的機械系統和電子系統,了解工作原理,並且敢于跳出書本,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産生的巨大影響;通過對計算機産業前瞻性的分析討論了解這一産業的發展趨勢。
科研完成时,学生将了解麻省理工学院的授课方式及培养流程,并对规划设计專業尤其是城市交通规划、机械设计專業有一个完整的认知,形成專業概念,为后续專業科研的学习奠定基础。同时,在此基础上,培养从事前沿领域的研究和实际科研项目研究工作的能力,具备基本的科研素质、撰写一定质量的学术论文和在导师的指导下进行比较简单科研项目的开展能力,为專業选择及后续專業科研的学习和研究奠定基础,对学生自己未来的職業發展有着十分重要的意义。
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産業)
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産生的巨大影響;通過對計算機産業前瞻性的分析討論了解這一産業的發展趨勢。
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爲載體,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:以剪切波超声波成像技术为载体,介绍机电系统集成与控制
-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:让学生亲手参与设计与搭建简单医疗EKG系统来测量自己的心电图,从而了解基本的电子元器件应用,同时穿插计算机辅助设计软件应用和3D打印机介绍
-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:介绍电机原理,嵌入式系统编程,机械结构设计,激光切割技术,通过让学生搭建简单机械手,了解机电一体化系统的设计与建造流程与基础空间运动学在机械手中的运用,并使用手势传感器LeapMotion实现对机械手的控制
-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:计算机的发展进程和基本架构
-Turing machine
-The demand of the second world
-Silicon Valley
-Hardware
-Software
Section 5
科研內容:人工智能与基础编程
-Data fitting
-Regression and Classification
-Data prediction
-MATLAB
-Practice: predict the weather
Section 6
科研內容:人工智能的产业应用与技术前瞻
-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;
极大拓宽学生视野。麻省理工学院(MIT)作为世界顶尖高校,尤其以自然及工程学享誉世界,其建筑与规划学院以及工程学院世界一流,同时城市规划与研究系(DUSP)和机械工程系是MIT的重点科系,其交通规划与城市设计專業在美国规划教育协会所属的院系中是资历最老的一个,教学与科研规模在全美规划院系中首屈一指。处在这样一个学习氛围下,能够让学生拥有国际视野,了解到世界顶尖的设计行业在研究的课题和内容以及世界最新发展态势,从而对整个行业有更清晰的认知;
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,獲取該産業第一手現實資料;
科研完成后,学生将会全面了解并体会到麻省理工学院的授课及培养流程,并对规划、设计專業尤其是城市交通规划、城市设计、机械设计專業有一个完整的认知,将对学生今后的專業选择以及后续專業科研学习帮助良多;
同時,經過2~4周的美國學習生活,學生能夠爲將來的赴美留學打下基礎,並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,這一段經曆將會成爲學生十分寶貴的財富。

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