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麻省理工学院计算机科学科研项目

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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.      面向对象
准备申请美国名校计算机、自动化类相关专业的高中生、大学生。
2.      科研主题
机械制造是国民经济的支柱产业,是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分。近年来,随着工业4.0,智能制造,智能硬件,机器人等概念和产品的兴起,机械工程学科更是被赋予了新的活力。
计算机科学是20世纪最先进的科学技术发明之一,对人类的生产活动和社会活动产生了极其重要的影响并以强大的生命力飞速发展。它的应用领域从最初的军事科研应用扩展到社会的各个领域,已形成了规模巨大的计算机产业,带动了全球范围的技术进步,并由此引发了深刻的社会变革。
该科研主题包括:
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.      科研性质和目的
机械工程科研旨在培养学生对机械工程学科,尤其是机电一体化,智能硬件设计与控制的兴趣。通过三个学生能切身感受到的硬件设计项目,让学生既能对先进智能机电系统有总体的了解,又能实际动手操作去了解硬件工作原理并且操控硬件。让学生体会到麻省理工学院注重培养学生动手能力的教育理念,从而为世界贡献了大量杰出的工程师。更加重要的是,这样的经历鼓励学生在他们以后的学习生活中,仔细观察身边的机械系统和电子系统,了解工作原理,并且敢于跳出书本,用双手将自己的想法变成现实。
此外,计算机科学旨在让学生了解基本的现代计算机的基本硬件和软件架构,了解从图灵机的理论模型到现代基于大规模集成电路的计算机的发展进程,对计算机科学有概要的认识。通过学习基础的编程技能以及人工智能的基本数学原理,上手编程实现一个简单的人工智能程序,实现对人工智能的基本了解。通过对人工智能在语音语言处理、计算机视觉、医疗健康的应用进行讲解展示,了解人工智能这一计算机重大分支学科对当代人类社会所产生的巨大影响;通过对计算机产业前瞻性的分析讨论了解这一产业的发展趋势。
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,并对规划设计专业尤其是城市交通规划、机械设计专业有一个完整的认知,形成专业概念,为后续专业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,为专业选择及后续专业科研的学习和研究奠定基础,对学生自己未来的职业发展有着十分重要的意义。
4.      科研内容
研究模块1——计算机科学(人工智能及其相关应用产业)
计算机科学模块将以三个部分进行展开和切入。第一部分让学生了解基本的现代计算机的基本硬件和软件架构,了解从图灵机的理论模型到现代基于大规模集成电路的计算机的发展进程,对计算机科学有概要的认识。第二部分通过学习基础的编程技能以及人工智能的基本数学原理,上手编程实现一个简单的人工智能程序,实现对人工智能的基本了解。第三部分通过对人工智能在语音语言处理、计算机视觉、医疗健康的应用进行讲解展示,了解人工智能这一计算机重大分支学科对当代人类社会所产生的巨大影响;通过对计算机产业前瞻性的分析讨论了解这一产业的发展趋势。
研究模块2——机械工程(机电一体化与控制)
机械工程模块将会以三个可以切实感受和操作的项目为载体,向学生介绍机电一体化与控制的基本概念,培养学生的动手兴趣与能力。在第一个项目中介绍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,以及图形化编程界面应用;在第二个项目中介绍计算机辅助设计CAD,3D打印机工作原理及示例,简单电路设计及应用,以及医疗EKG测量心电图原理;在第三个项目中介绍机器人机械手的设计与控制,嵌入式系统开发。
5.      科研进程
Section
Contents
Section 1
科研内容: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
科研内容: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
科研内容: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
科研内容: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
科研内容:人工智能与基础编程
-Data fitting
-Regression and Classification
-Data prediction
-MATLAB
-Practice: predict the weather
Section 6
科研内容: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.      参与科研的最大收获
挑战自身潜能,切身体会世界理工之最——麻省理工学院严苛的学术氛围。通过参加2~4周紧张而丰富的科研,学生能亲身体会国际精英们在这样的学术氛围下如何完成自身成长;
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专业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;
学生将有机会与顶尖教授零距离交流,聆听世界一流规划师、设计师的讲座,获取该产业第一手现实资料;
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、设计专业尤其是城市交通规划、城市设计、机械设计专业有一个完整的认知,将对学生今后的专业选择以及后续专业科研学习帮助良多;
同时,经过2~4周的美国学习生活,学生能够为将来的赴美留学打下基础,并且能够根据自身情况对未来有更清晰的规划。在面临人生选择和确定发展方向的十字路口,这一段经历将会成为学生十分宝贵的财富。

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