“可以说,我与CIS是互相奔赴,我选择了它,它也选择了我。”
从懵懵懂懂到开启学术大门;从享受学术到发表SCI期刊论文……这段经历给云桐心里种下了一颗探索与求知的种子。无论未来如何,他坚信这颗种子,将带他走向更广阔的天地。
侯云桐
武汉大学 物理科学与技术学院
指导教授:
宾夕法尼亚大学电子工程系终身教授
Jan Van der Spiegel
CIS卓越学者计划参与课题:
Microelectronics for a better world:
circuits and systems for brain-machine interfaces
独创性选题:
A research on an improved fuzzy approximate entropy algorithm forEMG-based shoulder and neck muscle fatigue detection
发表刊物JCR分区:Q3
01 感触学术乐趣,一场双向奔赴
在大学期间,云桐曾协助老师绘制图表,阅读他们的论文,他发现学术研究是一件非常新奇的事情,希望自己也能参与其中。在浏览教授CV时,他被Jan Van der Spiegel教授丰富的学术经历吸引。
“当时心里就有一种莫名的感受,我想加入教授的课题组。”凭借着优异的成绩和表现,云桐如愿以偿地成为了CIS卓越学者计划的一员。
CIS没有辜负侯云桐的选择。在专题研究实践课程上,教授将关于专业前沿的真知灼见娓娓道来,“而非简单的课程大纲的内容”。这开始让云桐段掌握多学科知识结构与跨学科研究能力,他的视野逐渐更加开阔。
“教授的课程会尝试融合不同学科的知识,包括脑机接口、集成电路的进步和半导体材料的介绍,特别是那些与半导体的内在和外在特性、晶体管的特性等相关的关键点。”
最初云桐也并不知道具体科研要做哪些事情,该向着什么目标。在教授的悉心指导下,他开始关注EMG 信号对肩颈肌肉疲劳的分析研究。在这一过程中,他密切配合且严格执行从开题、评审到论文答辩的研究规范,最终完成一篇结构完整的研究型论文,并在国际期刊上发表。
回顾论文的发表经历,云桐说:“该论文从投稿到成功发表整个过程花费了一年多时间。”这篇论文历经“定稿、投稿、数次修改、重投”等环节,再到最终国际期刊的接收,虽然过程充满曲折,但对于首次撰写一篇完整学术论文的云桐来说是莫大的鼓励与肯定。
“可以说,我与CIS是互相奔赴,我选择了它,它也选择了我。”
02 点亮学术之灯,在迷茫中探索方向
进入课题组后,教授给他们的课题方向是探索肌电信号的应用潜力,经过对国内外研究现状的详细调研,云桐小组一致认为肌电信号分析可以评估肌肉疲劳状态,但现有fApEn算法对肌电信号进行计算的范围选择和阈值r值设置存在一些缺陷,这导致对肩颈部肌电信号的肌肉疲劳评估准确性较差。因此,需要改进的fApEn算法来应对这一挑战。
“结合课题组前期工作基础,我们敏锐地发现通过先进的信号预处理技术(包括小波分析)以及通过机器学习策略改进阈值设置有望解决以上难题。”明确目标后,云桐小组便着手开展相关研究。
研究的第一步是控制变量。他们收集了参与者在不同低头时长和角度下的肩颈部肌电信号,并使用感知体验评分(RPE)来记录实际的疲劳水平。接着,通过小波滤波等预处理方法对肌电信号进行处理,并将其绘制成曲线。然后,计算了Fréchet距离来量化计算结果与实际感知疲劳水平的匹配程度。
然而,学术研究的道路并不是一帆风顺的,过程中也遇到了不少的困难“EMG的不稳定性是在科研中遇到的最大问题。”云桐说,“我们通过设备进行数据采集,但由于采集到的数据和信号非常杂乱,包含了许多噪声,我们不确定这些信号的具体表现。因此,我们基本上需要依赖后续的结果来反推,以验证我们的假设是否正确。”
在迷茫中探索方向,在逆境中寻找转机。为了解决这一难题,在教授的指导和科研思维的训练下,他们摸索出了更加创新性的策略。首先根据实验数据提出假设,然后通过广泛查阅文献和实验验证来逆向推导结果。这样的迭代过程最终帮助他们解决了难题,改进的fApEn算法在RPE评分指标和Fréchet距离指标上都有良好的效果。“确实很感谢教授,他对我们的研究方向和进度把握得非常精准。”
云桐说,“教授会安排每个小组汇报自己的研究进展,并对每个方向提出他的见解,指出哪些路径是可行的,哪些可能更具挑战性。当我们目标不够明确时,助教也给予了我们大量的支持。”
在论文格式上,教授也细心地指出了图像不够清晰、布局不合理以及标注需改进的问题,并提供了如何撰写能让读者更易理解的宝贵建议。教授强调:“图表是一眼可得的信息载体,要想发表高质量的论文,就必须按照高标准来制作图表,并养成良好的写作习惯。”
一条条教授意见的吸纳补充,一次次实验的数据收集,一遍遍夜以继日的推敲打磨,论文在反复迭代中日趋成熟。
03 行向更远处,探寻更多可能
CIS,云桐收获满满。“这段经历对我来说,是一个从无到有学习新知识的过程。我们广泛阅读了大量文献,汲取了书本之外的知识,并且所有的想法都有机会通过实验来验证。”
云桐认为,通过这段经历,他在获取知识、分析处理数据、撰写论文以及汇报交流等方面的能力都有了显著提升。
“这些技能让我形成了一套有效的科研方法,使我在面对新的知识或技能时,能够系统地学习和掌握。”
除了在获取新知识和进行学习研究之外,最让云桐印象深刻的是浓厚的学习氛围和学术热情。“我们的教授非常有耐心,凌晨都还在回复我们的消息,并且始终与我们保持互动,指导我们进行研究。”
经验丰富的教授们带来了行业中最前沿的学术研究成果,不同研究方向的同学们带来了新的视角……“当研究思路遇到瓶颈时,整个课题组的成员都会一起参与讨论”,科学的浪花,知识的涟漪不断在CIS泛起。
在采访的最后,当被问及想要送给学弟学妹们什么话的时候,云桐思索良久:
选择感兴趣的方向,坚持下去。
（来源：点财网）
