初高中生计算机科研课题介绍

本周课题导视

计算机方向课题

• 飞机上太冷怎么办？——超高空热泵系统研究

• 多机器人协同编队与控制

• 个性化联邦学习：面向分布、隐私数据的AI算法
• 蛋白质/RNA结构预测
• 仿生运动机器人及其动力学分析

• 用于水质监测的水下浮游生物成像

• 脑功能超声成像深度学习平台

1. 飞机上太冷怎么办 ？

超高空热泵系统研究

飞机处于万米高空，户外温度普遍在-20摄氏度以下，需要大量供热以保证乘客安全舒适。飞机燃料有限，无法满足燃烧供热，通常采用热泵循环。

而空气直膨热泵循环COP过低，而压缩蒸汽热泵循环需要额外设备，增加飞机重量负担。本项目希望通过系统模拟方法，建立一套系统选择与设计准则，提高超高空热泵系统运行效率。

相关学科

计算机科学技术、物理学、经济金融学

2. 多机器人协同编队与控制

本课题主要研究的问题是多机器人系统的编队协同控制，多机器人系统在生活中非常常见。本项目指导学生学习基于一致性方法的多机器人协同编队算法，通过阅读前沿的学术论文，学习一致性方法的概念，掌握多智能体系统协同控制的研究方法。

相关学科

计算机科学技术；电子与通信技术；机械工程；生物医学工程

3. 个性化联邦学习：面向分布、隐私

数据的AI算法

AI需要大量的数据，但是实际场景下数据是分散且隐私的。这种情况给人工智能的应用带来了巨大的挑战，因为传统的人工智能方法不能很好地解决数据隐私问题。

随着最近出台的数据隐私保护法律，如通用数据保护条例（GDPR），为了遵从法律需求，对隐私保护的人工智能的需求越来越大。

相关学科

计算机科学技术；统计学

4.蛋白质/RNA结构预测

本项目关注于怎样通过利用前沿深度学习，人工智能技术来对计算生物学的前沿课题和难点进行探索。首先，我们对计算生物中蛋白等RNA结构进行数据理解和预处理；其次建立深度学习模型来进行初步的预测和计算；最后，利用训练技巧和在前沿的方法进行优化。

相关学科

计算机科学技术；统计学

5.仿生运动机器人及其动力学分析

本项目将介绍生物学和机器人学的基础，并结合近期由工程学主导的生物学发现实例，以及从生物学机制中获得灵感的创新应用。我们将选择单腿或多腿机器人作为研究对象，对机器人进行运动学和动力学分析。同时，学生还将获得使用Matlab进行领先仿真技能的丰富经验。

相关学科

计算机科学技术；电子与通信技术；机械工程；生物医学工程

6. 用于水质监测的水下浮游生物成像

随着工业化的发展，许多水域受到污染或面临被污染的风险。因此，水下浮游生物的检测对水质的检测和预测具有可靠的指导作用。本课题针对水下浮游生物设计了一种简单、抗干扰能力强的光路结构，实现了对静止浅水浮游生物的检测。

相关学科

计算机科学技术；生物学

7.脑功能超声成像深度学习平台

脑功能超声（fUS）是一种创新的成像方式，通过跟踪大脑微血管系统中的时间脑血容量（CBV）变化，以微米和毫秒级分辨率创建全脑神经活动图。

本研究旨在利用卷积神经网络构建深度学习平台，用以显著减轻数据处理负担。此外，训练后的网络将与成像系统集成，在体内实验中进行验证，以测试算法的可靠性。

相关学科

计算机科学技术；生物学