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“水中叉鱼”引发少年的科学探索之梦
2019年12月09日 08:57 来源:重庆日报

段皓严在实验室。(北碚区委宣传部供图)

  冬日柔和的阳光透过大玻璃窗,洒进西南大学的物理实验室,一个忙碌的身影正在桌子旁反复进行着实验,玻璃仪器上倒映出少年严肃认真的脸。

  他叫段皓严,今年16岁,是西南大学附属中学高二的学生。小小年纪的他已七次代表重庆出征国际国内大赛等,并斩获各项荣誉。今年7月,他的个人科技创新成果在第34届全国青少年科技创新大赛中获金奖及北理专项奖。至此,他已连续3年代表重庆进入全国总决赛,取得1金2铜6专项奖的骄人成绩……

  如今,他被市教委命名为“科技小能手”,被同学们推选为学校第六届学生学术委员会主席,带领小伙伴们走在科技创新的道路上。

  段皓严的科创经历始于初中物理老师讲的一个“水中叉鱼”的故事。物理课上,老师告诉大家,观察水中的鱼时,鱼看起来要比实际位置高一点,这是因为从鱼反射出的光,在水面处发生了折射,折射光线向远离法线的方向偏折,我们看到的是鱼的虚像,它所在的地方不是鱼的真实位置。因此,有经验的渔夫在用鱼叉捕鱼时,总是瞄准所看到的鱼的下方位置叉去,而不会将鱼叉对准他看到的鱼。

  “那么,鱼像比真实的鱼具体要高多少呢?”充满好奇心的段皓严开始较上了劲。

  为了解开心中的疑问,段皓严利用课余时间自学了高中的数学知识,算出了一个具体的定量公式来表达像与物的位置关系。之后他又想到在实际捕鱼的过程中,往往面对的是一群鱼而不是一条鱼。为了解决一群鱼的定位问题,他利用人工鱼群算法,实现了通过折射光线对鱼群进行定位。

  如何将研究成果运用到实际生活当中?段皓严告诉重庆日报记者,他想出了鱼群定位装置的设计方案和节能型驱鱼实验装置设计方案,这是他第一次进行真正意义上的科学研究。

  “在装置设计过程中,我还去西南大学实验室拜师,去识别电子元器件、学习焊接和电路设计,反反复复做实验。多少个周末泡在实验室,弄坏了多少个盆,多少次去江边观察,连我自己也记不清楚了。”

  此外,段皓严还对“无人驾驶”情有独钟,他设计的“鹰眼”系统已经做到可自动识别交通标志。

  为了设计这个“鹰眼”系统,段皓严使出了浑身解数:不懂编程,他就找相关书籍自学,搜集网上的公开课自行揣摩;面对更加深奥的机器学习理论,段皓严找到了西南大学电子信息工程学院的实验室,观摩相关实验,诚恳请教……

  终于,“鹰眼”系统逐步建立起来了。他开发的“鹰眼”在光线不好的情况下仍能够清晰地识别交通标志,对一些比较倾斜、模糊的交通标志也有很高的辨识度,值得一提的是,他设计的算法识辨精度达到99。75%,超过目前最高准确度99。65%。

  如果说“水中叉鱼”让他初涉智能算法,“鹰眼”交通标志识别则让他对算法有了更加深刻的理解。经过这两次的科研探索,段皓严体会到了智能算法的奇妙,开始思考这些算法在什么机器上运行更加有效。

  作为英才学员和雏鹰学员的他,一次去大学实验室学习时,老师带着他认识了一个神奇的器件——忆阻器。用它设计的电路有仿生功能,能够实现类似人脑神经网络的结构和功能,大大提高了运算效率。

  去年暑假,段皓严几乎每个周末都“泡”在了实验室里,在老师的指导下,他用蛋清做出了一个有机的柔性忆阻器。

  “通过测试的那一刹那,我简直激动得流泪,开始期待着有一天在人工智能上用我设计的元器件。”

  尽管取得了不俗成绩,但在科学研究的浩瀚世界,段皓严犹如一株刚刚破土的小苗,在阳光雨露的滋润下,正在努力向上生长。

  

【编辑:陈媛】