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人机交互与智能硬件学术挑战营
◇ 简介
人机交互Human-Computer Interaction，HCI是指人体（生物体）与计算机之间通过某种形式的对话语言，以一定的方式来完成人与计算机之间的信息交换。近年来，人机交互技术已经开始以动作识别技术、语音识别技术、触觉交互技术、脑电和肌电控制技术等形式应用于生活的各个领域中。本项目即引进美国密歇根大学最新的人机交互课程，让学员通过多项人机交互实验，实现神经信号和肌电信号的读取、过滤和处理，并进一步与智能硬件（如Arduino和树莓派等）结合起来，通过C语言编程完成神经信号传感、肌肉交互控制、仿生手臂制作、手势识别机遥控器人等技术领域的训练。在学习的过程中，一步步去引导学员们去体验神经传感、硬件设计、软件编程、交互控制的实现方法，从而锻炼学员们对人机交互领域的创新学习能力。（提升创新潜质）
基于C语言编程的人机交互装置
实际上，人机交互技术的核心在于“神经信息学”。它是神经科学和信息学的两大学科相结合的新兴学科，利用生物学、计算机学、物理学、数学、化学、工程学等交叉知识来研究神经信号及其对行为和认知功能的影响。神经信息学更可以与近些年大热的“人工智能”相结合，通过连接相应的传感器，做出许多奇思妙想的人机交互应用。在本项目中，学员们即有机会亲身体验和设计。（提升创新潜质）
肌电信号控制机器人
神经信号控制无人机
◇ 亮点
1. 名校教授&博士团队开发课程，神经信息科学领域专家参与教学；
2. A+学科热门专业，理论与实践紧密结合，聚焦科技前沿、热点问题；
3. 实验室资源，提供人机交互设计软件平台和智能硬件Arduino开发套件；
4. 零基础教学，采用当下流行的C语言以及图形编程语言，供学员锻炼和提升编程能力；
5. 同一导师团队指导后续“人机交互”“信息学”“神经科学”“物联网”“大数据”“机器人”等计算机和信息类科研项目以及比赛。（提升创新潜质）
◇ 收获
1. 了解神经信息学和人机交互领域的前沿技术；
2. 熟悉Arduino智能硬件，掌握相关C语言编程和数据处理能力；
3. 获得由导师签字的学术挑战营结业证书；
4. 赢得挑战赛获奖证书（依照实际表现，分为金奖、银奖、铜奖和优秀参与奖）；
5. 提升申请国内外学校的升学竞争力；
6. 参与挑战任务所获得的优秀成果，有机会在导师的进一步指导下发表学术论文或者参加青少年科技创新大赛、青少年机器人创意比赛、创客中国大赛、少年儿童发明比赛、明天小小科学家比赛等各类科创竞赛。（提升创新潜质）
◇ 内容设置
★课题简介：制作一个可编程的人机交互产品，利用脑电或肌电控制机器人
□学科导论：神经科学、信息学发展历史，人工智能前沿应用，人机交互发展现状、计算机编程基础，智能传感学科概貌，等等；
□学术基础：科研创新思维、数据处理方法、文献检索与阅读、学术写作与学术展示等；
□理论知识：神经信息学原理，电流图（EKG）、脑电图（EEG）、肌电图（EMGs），生物体表皮信号收集，生物传感器原理，智能传感器系统程序基础，Arduino控制原理，滤波、放大电路，输入输出控制原理，面包板电路基础知识、机械结构设计原理，等等；（提升创新潜质）
□实验技能：心脏脉搏、脑神经、肌肉运动信号收集、肌电传感器检测、Arduino硬件控制、C语言编程、常用传感器程序设计、机械人设计、制作与组装，数据记录与处理；
■挑战任务：在挑战营的第5～7天，学生将以小组为单位，基于前4天学习的专业理论知识、基础实验与科研技能，经过“资料查阅—前期研讨—方案设计—方案实施—数据处理和分析—汇报ppt制作和成果答辩”过程，完成拟定的挑战任务和答辩环节。
◇ 日程安排
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日期 |
时间 |
授课内容 |
目标 |
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DAY 1 |
上午 |
1.开营/破冰：项目总体介绍；实验室安全教育；学生分组； 2.学科导论：神经信息学基础；神经信号采集方式；智能硬件控制原理；脑机与肌电接口；人机交互典型案例； |
□学科导论 |
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下午 |
知识专题：Arduino软件安装以及神经信号测试 Arduino编程基础：安装Arduino编程软件和VS Code编辑器，利用C语言编写第一个程序； 神经信号实验测试：通过电流图（EKG）脑电图（EEG）记录心脏及大脑的活动规律，初步接触神经科学实验； |
□软件安装 |
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晚上 |
实验专题：脑电/肌电控制机器人 现场进行编程，收集脑电/肌电信号，完成初步体验。 |
□现场操作 |
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DAY 2 |
上午 |
知识专题：Arduino基础教程 熟悉Arduino图形编程以及C语言编程的关键字、程序结构； |
□Arduino基础教程
□Arduino项目训练 |
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下午 |
实验专题：Arduino项目训练 以花样流水灯、超声波测距显示为例，进行ArduinoC语言项目实战训练。 |
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晚上 |
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DAY 3 |
上午 |
知识专题：神经信号收集 学习电极的使用、神经信号的收集方式以及滤波放大电路； |
□神经信号收集
□软件编程调试 |
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下午 |
实验专题：软件编程调试 以舵机和电机为例，使用Arduino进行软件编程调试。 进一步学习如何将神经信号作为输入信号进行编程控制。 |
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晚上 |
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DAY 4 |
上午 |
知识专题：机械结构设计 掌握机械结构的设计、制作和搭建，熟悉常用的三维绘图软件； |
□机械结构设计
□传感器测试 |
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下午 |
实验专题：传感器测试 编写程序，将设计的结构搭载传感器，进行编程测试； |
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晚上 |
学术训练：科研创新思维、数据处理方法、文献检索与阅读； |
□学术训练 |
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DAY 5 |
上午 |
参观浙大实验室/浙大系人机交互企业 |
□参观体验 |
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下午 |
★★★挑战任务 1. 机械结构如机械爪、机器人的搭建； 2. 使用Aduino软件对搭建好的机构进行控制； 3. 升级任务：将脑电/肌电信号通过控制机器人； |
□挑战任务与指导 |
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晚上 |
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DAY 6 |
上午 |
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下午 |
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晚上 |
成果整理与PPT撰写 |
□PPT撰写 |
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DAY 7 |
上午 |
答辩和评审 成果展示；演讲与答辩；评审并授予证书； |
□答辩和评审 |
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下午 |
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晚上 |
返程。 |
◇ 部分导师举例
刘教授：浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程学系教授、博士生导师。主要研究方向包括：细胞传感器、触觉传感器等新型微纳米传感器及其在生物医学中的应用。
陈教授：浙江大学生物医学工程与仪器科学学院生物医学工程学系副教授，博士生导师；主要研究方向包括：生物医学传感与检测，生物医学工程设计、微机系统设计与开发，微机原理系统与应用等。
赵博士：浙江大学控制科学与工程学院博士，长期从事流程控制、故障诊断、系统建模和优化、人工智能等领域的研究工作，拥有丰富的智能传感器、智能硬件与物联网、多功能机器人、人工智能等方面的课程开发与教学经验。（提升创新潜质）
王老师：浙江大学机械电子工程系硕士，多年青少年STEM与工程创客指导经验，浙江省科技馆科学院资深教练，拥有丰富的机器人、C/Python编程、微纳传感器设计、人工智能创新应用等方面的课程开发与教学经验。
刘老师：厦门大学电子工程系硕士，浙江理工大学电子设计类竞赛队资深教练，指导学生多次获得过挑战杯、全国大学生电子设计竞赛等全国一等奖、二等奖，拥有发明专利、软件著作权、实用新型专利几十项。
◇ 时间&地点
时间：
第一期：07月22日~07月28日
第二期：08月05日~08月11日
地点：
浙江大学西溪校区STEM公共创新实验室（提升创新潜质）
◇ 申请条件
9~12年级；会最基本的计算机操作；具备基础的英文读写能力；了解神经生物学基本架构，有一定的动手能力即可。（提升创新潜质）
