“八仙过海”比拼类脑计算

“八仙过海”比拼类脑计算

——首届全国大学生类脑计算创新应用大赛暨国际邀请赛总决赛侧记

10月的清晨,凉风习习,就连平时人来人往的清华大学校园也透着秋意,只有寥寥几人行色匆匆地赶着路。位于清华校园东侧的罗姆楼前也是如此,除了停满的车辆,再无行人。然而在罗姆楼内,却有着一番与楼外截然不同的热闹景象。

原来,这里正在热火朝天地进行着一场史无前例的比赛——首届全国大学生类脑计算创新应用大赛暨国际邀请赛总决赛。

类脑计算 碰撞出智慧的火花

在科学技术飞速发展的今天,人们向外探索宇宙,探测着浩瀚宇宙深处的引力波。而向内,科学家们也在不断地剖析着人类自身。这其中,人脑也是一个神秘的“宇宙”。人类试图赋予计算机以人脑的“思维”与“智慧”,模拟人类大脑储存和信息处理的基本规律,这种基于神经形态工程发展起来的新计算技术就是类脑计算。

当前,欧盟和美国均在类脑计算的研究上投入了大笔资金,我国也即将启动“脑科学与类脑研究”(中国脑计划)以推动我国类脑计算的研究。而由清华大学科研院主办、清华大学类脑计算研究中心承办的首届全国大学生类脑计算创新应用大赛暨国际邀请赛,正是乘着类脑计算发展的浪潮而进行的一次尝试。

据悉,本届大赛共吸引了47个国内外高校和研究所的229支队伍报名参赛,参赛作品覆盖了硬件、算法、软件、应用等多个方面。大赛旨在推广类脑计算,发力通用智能;培养优秀人才,投身类脑计算;寻找创新应用,探索科研突破。

经过激烈的选拔,最终来自清华大学、四川大学、新加坡科技设计大学等16支国内外高校的队伍晋级决赛,角逐各类奖项,其中获得最高奖项——创新特等奖的一支队伍会得到30万元人民币的奖金。

这场站在科技前沿的比赛在清冷秋日擦出了智慧的火花。

角逐大奖 参赛作品各有“神通”

在路演现场,一位选手独自坐在桌边,他的面前只放着一根“拐杖”,这使他的展位显得与旁边摆满电脑、仪器的展位略有不同。

“这是一根盲杖,集合了物体检测、FCN图像分割。盲杖通过震动反馈(为主)和耳机内提示音(作为辅助)的反馈,告知盲人前方有障碍物,并且告知该如何避开。比如它会用不同的震动来提示障碍物是偏左还是偏右。”来自西安电子科技大学团队的选手向《中国科学报》记者介绍道。

这位选手告诉记者,队员们之所以产生为盲人制作盲杖的想法,是源于公交车站旁的一家盲人按摩店。“我们经常看到那些盲人师傅们,他们出行缺少更加便利的辅助工具,于是就制作了这个作品。”

由于团队以本科生为主,需要兼顾学习,因此进度较慢。此外,3D外壳的打印也成了他们挥之不去的“噩梦”。“我们平时总敲代码,所以困难主要就落在硬件的制作上。”一位选手说。

自己动手打印3D外壳经常出现意外,打印机有时会突然停住,队员们不得不重新来过。而且,盲杖要分块打印,一次要花很长时间,半夜三更起来换模型继续打印对他们来说是家常便饭。

而来自北京航空航天大学的团队设计的作品同样是与人便利。他们设计的基于卷积神经网络与虚拟现实技术的运动想象脑控制手部外骨骼康复机器人,助力脑卒中手部瘫痪患者的内源式康复,但它的灵感却来源于电影。

“我开始搞科技是看电影看出来的,我看了《阿凡达》,电影中涉及脑控制人、意念控制之类的内容,于是就有了这个想法。”来自北京航空航天大学自动化学院的本科生魏彦兆笑道。

据魏彦兆介绍,我国现在很多脑卒中患者并不能接受及时的治疗,这样就会引起肌肉萎缩、肌肉痉挛等并发症。而接受康复治疗的患者也都是被动式康复,比如针灸、按摩等。“于是,我们就提出了一种主动式的康复办法。患者自己想象他的手部如何运动,通过算法识别出这个信号后,由外骨骼带动手部进行康复运动,这样就可以进行四肢的中枢与周围神经系统、运动系统的康复治疗,比被动治疗多了一个环路。”

魏彦兆团队基于自己研发的产品,已经注册了一家小公司,至今已完成了四代产品的研发,第五代正在研发中。区别于实验室的康复设备,魏彦兆团队的产品成本甚至可以低至千元级,普通患者也能负担得起。作为公司CEO的魏彦兆表示,虽然管理很累、研发很累,但是一想到自己的产品会为普通的脑卒中患者带来康复的可能,一切辛苦就都有价值了。

像魏彦兆团队这样进入决赛的其他团队,有的设计了新型蛇形机器人,有的提出了新的类脑物体识别算法,有的研究出了“智能学生”……可谓“八仙过海”,各显神通。

赢得大奖 科研路上从来不是“一个人”

“我们特别感谢队伍的指导老师,如果没有他的话,我们是不可能拿到特等奖的。”这是吴西在赛后的最大感受。

吴西所在团队的成员还有辜鹏杰和钱含笑,他们全部来自四川大学计算机学院类脑计算研究中心,他们的作品“基于脉冲编码和脉冲时间学习的乐器识别算法”最终脱颖而出,获得了比赛创新特等奖,捧得30万元的奖金而归。

他们的作品提出了一种基于脉冲编码和脉冲时间学习的类脑计算模型,用于识别音乐中的乐器。“我们的作品借鉴了人类耳朵神经的机理,创新点在于真正地将人脑神经中的一些原理实践成算法,然后再应用到脉冲网络的实际应用上,为深入研究类脑学习算法和类脑智能技术提供了重要基础。”吴西介绍道。

为了制作参赛作品,吴西团队暑期也一直在工作。“交预赛文档的时候,我们三个人整整50个小时没有休息,感觉整个人都快崩溃了。其间还遇到很多问题,有时候我们特别想放弃。”吴西回忆道,但是在科研的路上他们从来不是一个人,担任团队指导教师的唐华锦一直在背后支持、鼓励着他们,“唐老师对我们抱着挺大的期望,每隔一段时间,他就会来关心一下我们的进展情况。”吴西说,就在决赛答辩的前一天晚上,唐华锦还在宾馆和他们一起琢磨讲稿的细节,一句句修改到很晚,还亲自将队员们送下楼,“当时就觉得好暖啊,决赛答辩一定要好好表现。其实到后来我们已经不在乎能不能够拿奖,但是不想让老师失望”。

首届全国大学生类脑计算创新应用大赛暨国际邀请赛总决赛最终圆满落幕。正如在大赛的开幕式上,清华大学科研院院长周羽所说的那样,“有缘千里来相会,只因类脑一线牵”。他还表示,类脑计算是智能时代关键技术之一,本届比赛是应对诸多挑战的一次小小的热身活动,希望通过这样一个大赛,让更多人知道类脑计算、喜欢类脑计算、研究类脑计算,共同搭建研究类脑应用的生态。吴西在比赛结束后也表示:“虽然类脑计算是一个比较新的研究方向,但是希望更多的人一起投入到类脑计算的研究和发展中。”

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责任编辑:左瑾
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