“八仙过海”比拼类脑计算

■徐悦，本报见习记者

在路演现场，学生们正在向参观者解释团队的工作。

十月的清晨，凉风习习。甚至清华大学繁忙的校园也充满了秋天的气息。只有几个人在路上匆匆赶路。清华大学校园东侧的罗马大楼前也是如此，除了停着的车辆，这里没有行人。然而，在罗马建筑内部，有一个与外面截然不同的热闹场景。

原来，这里正如火如荼地进行着一场前所未有的竞赛——首届全国大学生计算机类创新与应用竞赛和国际邀请赛决赛。

大脑就像计算火花智慧

随着科学技术的飞速发展，人们正在探索宇宙，探测宇宙深处的引力波。但是在内心，科学家也在不断地分析人类自身。其中，人脑也是一个神秘的“宇宙”。人类正试图赋予计算机人脑的“思维”和“智慧”，以模拟人脑存储和信息处理的基本规律。这种基于神经形态学工程开发的新计算技术是类似大脑的计算。

目前，欧盟和美国都在像计算这样的大脑研究上投入了大量资金。中国还将启动“脑科学和类大脑研究”(中国大脑项目)，以促进类大脑计算的研究。由清华大学科学研究所主办、清华大学类脑波计算研究中心主办的首届全国类脑波计算创新应用大赛和大学生国际邀请赛，正是类脑波计算发展浪潮中的一次尝试。

据报道，来自国内外47所大学和研究机构的229支队伍报名参加了比赛。条目涵盖硬件、算法、软件和应用。该竞赛旨在促进像计算机一样的大脑和发挥一般智力。培养优秀人才，加入像计算机一样的大脑；寻找创新应用和探索科学突破。

经过激烈的选拔，清华大学、四川大学、新加坡科技设计大学等国内外大学的16支队伍最终进入决赛，争夺各种奖项。其中，获得最高奖项创新大奖赛的团队将获得30万元的奖金。

这场站在科学技术前沿的竞赛，在寒冷的秋天点燃了智慧。

争夺大奖的每个参赛作品都有“魔力”

在路演中，一名参赛者独自坐在桌前，面前只有一根“拐杖”，这使得他的摊位看起来与满是电脑和仪器的摊位略有不同。

“这是一个盲棒，它集成了目标检测和FCN图像分割。盲人拐杖通过振动反馈(主要)和耳机提示音(辅助)告知盲人前方的障碍物以及如何避开。例如，它将使用不同的振动来指示障碍物是左还是右。”西安电子科技大学队的选手告诉《中国科学日报》的记者。

这名球员告诉记者，球员们想出为盲人制作盲人拐杖的主意的原因是来自公共汽车站附近的一家盲人按摩店。“我们经常看到盲人大师在旅行时缺少更方便的辅助工具，所以我们做了这项工作。”

由于该团队主要由本科生组成，需要考虑学习，因此进展缓慢。此外，3D贝壳的印刷已经成为他们挥之不去的“噩梦”。"我们总是敲代码，所以困难主要在于硬件."一位玩家说。

手工打印3D外壳时经常会发生意外。有时打印机突然停止，团队成员不得不重新开始。此外，盲杖必须分块印刷，一次要花很长时间。对他们来说，半夜起床更换型号并继续打印是很平常的事。

北京航空航天大学团队设计的作品也方便了人们。他们设计了一种基于卷积神经网络和虚拟现实技术的运动想象脑控手外骨骼康复机器人，用于辅助中风瘫痪患者的内源性康复，但其灵感来自电影。

“我通过看电影开始从事科学技术。我看到了阿凡达。这部电影涉及大脑控制、思维控制等等，所以我有了这个想法。”来自北京航空航天大学自动化学院的大学生魏笑了。

据魏介绍，目前我国许多脑卒中患者得不到及时治疗，会引起肌肉萎缩、肌肉痉挛等并发症。接受康复治疗的病人也是被动康复，如针灸、按摩等。“所以，我们提出了一种积极的康复方法。病人想象他的手是如何运动的，通过算法识别信号后，外骨骼驱动手进行康复运动，从而可以进行中枢和外周神经系统以及肢体运动系统的康复治疗，与被动治疗相比，这是一个额外的循环。”

魏的团队根据他们开发的产品注册了一个小公司。到目前为止，他们已经完成了四代产品的研发，第五代产品正在开发中。与实验室的康复设备不同，魏团队的产品成本甚至可以低至1000元，普通患者也能负担得起。作为该公司的首席执行官，魏说，虽然管理和研发都很累人，但当一个人认为自己的产品将为普通中风患者带来康复的可能性时，所有的努力都是有价值的。

其他进入决赛的队伍如魏的队伍，一些设计了新的蛇形机器人，一些提出了新的类似大脑的物体识别算法，还有一些培养了“聪明的学生”...可以说"八仙过海",各显神通。

赢得科学研究大奖的方法绝不是“一个人”

“我们特别感谢团队的指导员。没有他，我们就不会赢得大奖。”这是吴赛后最大的感受。

吴的团队还包括顾鹏杰和钱孝义，他们都来自四川大学计算机科学学院计算研究中心。他们的作品《基于脉冲编码和脉冲时间学习的仪器识别算法》最终脱颖而出，获得竞赛创新奖和30万元奖金。

他们的工作提出了一个基于脉冲编码和脉冲时间学习的类大脑计算模型来识别音乐中的乐器。“我们的工作借鉴了人类耳神经的机制。其创新之处在于将人脑神经中的一些原理应用到算法中，然后应用到脉冲网络的实际应用中，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。”吴对说:

为了参赛，吴的团队整个夏天都在工作。“当我们交预赛时，我们三个人没有休息50个小时，感觉整个人都要崩溃了。在这个时期仍然有许多问题，有时我们特别想放弃。”然而回忆说，吴他们在去科研的路上从来都不是孤身一人。团队教练唐华金一直支持和鼓励他们。“唐老师对我们寄予厚望。每隔一段时间，他就会来关心我们的进步。”吴说，在最后答辩的前一天晚上，唐华晋还在酒店里与他们一起研究讲话稿的细节。他很晚才修改每一句话，并亲自把队员们送到楼下。“那时天气很暖和。最后的防守必须做好。事实上，我们不在乎能否获奖，但我们不想让老师失望。”

首届全国大学生计算机创新与应用竞赛暨国际邀请赛决赛终于圆满落幕。正如清华大学科技学院院长周瑜在竞赛开幕式上所说的那样，“这只是因为人脑是我们来此相遇的一根线。”他还说，像计算机一样的大脑是智能时代的关键技术之一，这场比赛是应对许多挑战的一个小小的热身活动。他希望通过这样的竞赛，更多的人了解像计算一样的大脑，像计算一样的大脑和像计算一样的研究大脑，共同构建研究大脑应用的生态。吴赛后也表示:“虽然脑波计算是一个比较新的研究方向，但我希望更多的人能参与到脑波计算的研发中来。”

《中国科学日报》(第五版《大学周刊》，2017年10月24日)