聚焦科创+绿色，助力美好生活——密院2023夏季设计展开幕
你想在任何阳光普照的地方都能轻松为电动车充上电么？你想操纵更精准灵巧的无人机去探索无限广袤的天空么？你体验过寒冷冬季里踩上就会自发热的温暖棉鞋么？对于上海交通大学密西根学院的学生来说，这些都不是难题。在学院2023夏季设计展上，学生们带来的90多个创新工程设计项目，让前来参展的企业、校内外师生和专业人士大开眼界。此次设计展展出的项目涵盖了《工程导论》、《设计与制造3》、《系统设计与实现》、《计算机架构》、《产品设计与制造》等夏季学期大一到大四的多项工程实践类课程，全方位展示学院本科生学子的科创成果。
01
大一“萌新”创意纷呈
探索科技无限可能
从对星空的畅想，到对日常生活、人民福祉的思考，再到对未来科技与人类关系的讨论，密西根学院的大一“萌新”们表现出无限的想象力和创造力。
火星探测系列
星空寄托着人类最原始，最浓烈的好奇与激情。面对头顶广阔无垠的星空，人类的凝望未曾停止一刻。对于星空的探索不仅满足了人们对于知识的渴求，同样也推动了无数重要的技术突破。从“嫦娥奔月”到“天问”之旅，从月球到火星，人类对于星空的好奇和探索永不止步。
今年，来自密西根学院大一的学生们也表现出了对火星探测高涨的热情和好奇。在火星探索的早期，地形的探测和资源的采集是火星探测早期的基本任务。由于火星的气候条件非常复杂，地貌变化频繁，可能存在潜在的危险区域。因此，宇航员迫切地需要一种能够实时更新火星地表情况的信息系统。然而，像地球一样用卫星覆盖并不是一个经济的方案。密院学生设计出的火星地貌探测系统或许会是个不错的选择。该系统基于火星车，通信系统与用户界面的灵活配合，使用火星车实现对火星地形的实时监测，并将信息返回给用户界面，可以帮助解决火星由于频繁沙尘暴而导致地形变化的问题。
在探索未知的过程中，总是难免有难以预测的危险潜藏，另一组密院学生设计的具备远程可控机械臂的火星探测车可以帮助宇航员通过远程控制，在无法预知的环境下抓取物体和挖掘。该探测车配备了控制器和不同的机械臂端部，可以更加安全不受限地执行各种活动。
为了帮助将来宇航员能在火星复杂崎岖的地表环境下更好的活动和探索，密院学生还贴心设计了一款永不倾倒的工具箱。该款工具箱能适应火星复杂地表环境，具有分类储存功能，并且可以通过简单的远程遥控来快速移动，可以帮助极大节省火星上珍贵的人力资源的消耗，保证高效的太空工作效率。
带缓冲的安全帽
全球建筑行业有超过1亿人就业，对于建筑工人而言，头盔是一道保障生命安全的重要防线，然而这一防线在其问世一个多世纪后的改进微乎其微。为了更好保障建筑工人安全，密院大一学生通过采用轻量级3D打印蜂窝结构减震装置减小冲击力，在不影响舒适性的前提下，高效经济地改进了现有的安全帽。这一方案源自经典渐进失效理论，包含缝线缓冲和蜂窝结构缓冲两个装置。方案在安全帽帽衬的每根条带上缝合了一些基本的缓冲结构，当受到撞击时，它会在初始阶段断裂，并减缓冲击。当缝线断裂时，悬挂带会变长，此时头部会接触到位于安全帽顶部的HoneyFuses（蜂窝结构缓冲装置）。这种装置是受自然界中蜜蜂巢的启发而设计的，它也被应用于建筑物上作为地震减震器，可有效减缓冲击力。
踩上就会发热的温暖棉鞋
你还在为冬日里怎么穿都十分冰凉的寒脚发愁么？不如试试密院学子设计的可通过能量转化发电的暖脚棉鞋——Peda Heat。该设计旨在更好应对中国人口基数大、人口老龄化日趋严重的国情，细致入微地提高冬日人民生活福祉。该产品由供能转化系统和功能实现系统两大部分组成。操作简单便捷，无需手动充电，供能转化系统将老人行走过程中足底产生的压力变化转化为稳定而清洁的电能，从而为功能实现系统提供能量。而功能实现系统则负责进一步将收集到的电能转化为热能进行输出，从而完成对鞋垫的加热,实现暖脚功能。
聚焦科技伦理的游戏《灾变》
科技的高速发展在提高人类生活质量的同时，是否潜藏着更大的危机？随着科技的不断突破和应用，人们也面临着一系列伦理问题和挑战。密院学子基于此设计了一款特别的游戏——《灾变》。这款游戏的背景故事正是源于一个古怪科学家的发明。他的创造力和热情推动着科技的进步，但却意外地引发了世界的混乱。在科技发展的过程中，我们如何平衡创新和伦理之间的关系？在游戏中，玩家通过战胜敌人获得他们的能力，然而，这种力量的获取是否符合伦理原则？《灾变》的设计哲学正是将这些伦理问题融入到游戏的背景和玩法中，通过让玩家在游戏中面对道德选择和权衡利弊的情境，提醒人们科技发展的过程中需要思考和关注伦理问题。游戏还拥有随机生成的地图和意想不到的能力获取机制，让每一次冒险都充满了未知和惊喜。你需要灵活应对各种情况，做出明智的决策，才能在这个充满灾变的世界中拯救人类。
这些奇思妙想的科创作品，都来自于密西根学院的《工程导论》课。作为密西根学院的王牌课程项目，《工程导论》课在培养大一学生对于工程专业的兴趣外，也同样注重学生关注和解决实际问题的能力。课程融入大量“中国工程奇迹”案例，基于国家和时代发展的重要方向，如“新能源”、“火星计划”、“智能生活”等，激发学生对专业的热爱，培养学生作为未来工程师和科技工作者的自豪感、责任感、使命感与家国情怀。课程还会包含比赛日、研讨会、开放日、设计展等特色活动，充分调动学生学习的主观能动性。该门课程还配有英文写作老师讲授科技交流与写作，教会学生成为工程师必备的写作技能，是众多密院毕业生心中印象最深、影响最深远的课程之一。
02
大四毕业设计项目
关注智慧绿色新生活
如何更好应用科技服务人类发展和社会进步，大四的同学们经过四年的思考与探索，在毕业设计中给出了自己的答案，并为打造更便捷美好的生活提出了创新性方案。
用太阳能为电动车充电
电动自行车、电助力车等小型电动交通工具无疑是环保又便捷的日常出行选择，不过你是否曾陷入找不到充电站、电动车充电难的烦恼呢？受限于体积、电网供电等因素的影响，电动车充电站分布非常受限。为了能更加广泛且环保地服务电动车用户，密院大四学生设计了小型的、完全基于太阳能的电动车充电站。小组采用了高集成度、高效率的能量路由器电路和智能的能量管理算法，实现了太阳能、储能电池和被充电动车之间的高效能量流动。这一体积小且无需连接电网的太阳能充电站可以被广泛地部署。当充电站的数量增加之后，它们之间还可以进行组网和数据共享，以便为用户推荐最优的充电选择。
捕捉CO₂助力碳中和
实现碳达峰碳中和是一场当今中国生态文明建设的大考。要实现碳中和目标，不仅要求减少二氧化碳的排放，还要求对大气中现有的二氧化碳进行去除和回收。比较成熟CO₂回收项目通常设置在大型工厂的尾气系统后，以从有较高CO₂浓度的尾气中捕集CO₂。密院学子则开发了一个概念验证设备原型，展示直接从环境空气中捕获二氧化碳的能力。空气的CO2浓度对于吸附反应来说极低，因此，如何选择吸附剂是直接空气捕集CO₂(Direct air capture，DAC)的核心难题。同时，为了实现吸附剂的可循环性，还需要装置能够同时做到吸附和脱附。为此，方案选用固体吸附剂而非液体，以此减少对设备的腐蚀和危险性，进一步降低成本。整个系统分为吸附和脱附两部分。在吸附过程中，鸟笼结构连同涂有吸附剂的蜂窝片被放置在吸附盒内，箱体两侧的两个风扇将空气吹入装置，此时，吸附剂持续吸附空气中的二氧化碳。达到平衡后，人工取出鸟笼结构，放入脱附箱，以温度和压强作为驱动力从吸附剂中释放二氧化碳，并将其用于进一步的处理和应用。该模型的搭建参考大型工厂的实地应用条件，采用最符合未来展望的原理，希望能为DAC的大规模扩展应用提供一定的参考价值。
打造更机敏的无人机
从农业、建筑到公共安全，无人机早已脱离实验室的象牙塔，越来越成为各行各业的重要助力。为了帮助无人机能更敏锐的识别不同物体并作出分析，密院大四学子设计了一套动态二值神经网络加速器，利用先进的算法和机器学习技术，图像识别使自主无人机能够分析周围环境并以惊人的精度检测特定物体。该加速器的主要目标是在内存容量有限的低功耗嵌入式设备上实现图像分类。面对显著的内存和功耗限制，传统用于图像识别的卷积神经网络由于其内存密集型性质而变得具有挑战性，为此，项目基于FPGA（Field Programmable Gate Array，一种基于可配置逻辑块矩阵的半导体器件）进行开发，解决了有限的功率和内存资源带来的挑战，同时还通过使用二值化的权重和输入激活来显著简化计算。这一项目可以在保持无人机轻便的同时大大提高其图像识别精度。
03
产学研深度融合
激发本科学生“双创”活力
作为历届设计展上的重头戏，众多国内外企业赞助的毕业设计项目为本届设计展的成功举办添光加彩。本次参展的毕设项目中，12个项目受到来自博世、英特尔、罗克韦尔、联合电子、安脉盛、华域视觉等众多业内知名企业的赞助，其中不乏拓疆者等校友企业，而这些与日常生活息息相关的课题都是来自企业工程实践一线的技术项目。
产学研深度融合一直是密西根学院毕业设计的重要特色，自2010年开展院企合作毕设项目以来，越来越多的企业提供并资助紧随企业产品市场发展方向的“定制”项目。近年来，密西根学院的校企合作毕设项目占总体项目比例逐年增加，企业资源和校内资源的协同实现了工程实践教学效果的最大化。设计展通过课程导入、可视化展示、院企双导师等多种有效手段，从多维度激发同学们的创意思维，为学院探索人才培养和企业合作提供了多元途径和综合展示的大平台。
在本科生科研能力培养上，密西根学院也专门设置了本科生科研课程，为本科生提供与老师合作开展研究项目的机会，并为他们未来在选定的工程领域的学术生涯做好准备。
此外，密西根学院唐君远学生创新创业中心也于今年4月正式投入使用，一方面，学院依托中心进一步推动产教融合、加强校企合作，并鼓励和培育学生参加丰富的科创项目；另一方面，中心也为学生提供了验证创新想法、激发创新活力的协同创新场地和平台，更好助力学生创新创业。中心场地内包含了3D打印、机加工、电子电路制作等资源区，以及供讨论、培训和代码等功能区。如今，无论寒暑日夜，走进中心，你都能看到一群充满活力与热情的学生积极创造、热烈讨论，忙碌且满满当当的自助工具操作台、热火朝天的讨论室，都承载着密院学生无限的创新活力。
设计展获奖名单
Winner List
毕业设计项目组
金奖
《基于直接空气捕集的二氧化碳接触器设计》
组员：殷亿玮，顾佳栋，罗梁宇，杨林然，崔逸群
银奖
《基于智能能量路由器的太阳能电动车充电站》
组员：刘畅，王彦舒，周思哲，刘嘉睿，GEONDO KIM
《基于数字孪生和强化学习的机械臂自适应运动规划》
组员：吴锦，严乾琪，朱佳婧，李沐阳，厉柏延
工程导论项目组
最佳技术奖：
《究极手》
组员：杜易，黄鑫荣，李嘉文，王润秋，张海岳
《永不倾倒的移动工具箱》
组员：陈喆，韩易真，李伯轩，洪智聪，蒋意凡
《色光2》
组员：马远腾，王为壹，金夏阳，历诚越
《太阳能防中暑警报器》
组员：姜乃成，李艺舟，戴以喆，于子岐，曹家鸣
最佳展示奖：
《蜂窝结构缓冲装置》
组员：张晨阳，李树慧，蔡一心，徐奕雯，苏子健
《配置远程控制机械臂的火星探测车》
组员：王钰刚，程天纵，丁嘉禾，张昊天，赵尹杰
《灾变》
组员：焦天勤，王轶阳，褚家乐，Gor Tadevosyan
《热驱动搅拌底座》
组员：曾浩轩，董羽洋，周函羽，宗子涵
最佳创新奖：
《小笼包制作机》
组员：徐一鸣，陈蕴仪，黄俊熙，黄佳玥，王卿瑜
《火星地貌探测系统》
组员：黄莫寒，宋嘉欣，周赵嘉程，孙少天，林子翔
《四季回忆录》
组员：韩冰，高方洁，王禹珩，刘笑予
《陶瓷压电片供能机场用超声波驱鸟器》
组员：毛心悦，李俊萍，梁睿宸，杨程，章译匀
往期回顾