8月23日，首屆中國研究生未來飛行器創新大賽在西北工業大學舉行。復旦大學學生團隊參賽作品靈魂出竅：基于意念-手勢協同控制與虛擬現實技術的微型飛行器設計在66件入圍作品中脫穎而出，榮獲一等獎。

第一屆中國研究生未來飛行器創新大賽由教育部學位與研究生教育發展中心、中國科協青少年科技中心、國際宇航聯合會、中國宇航學會、中國航空學會主辦，歐盟QB50立方星低熱層大氣探測委員會、中國無線電協會業余無線電管理委員會聯合主辦，西北工業大學承辦。本次大賽作為2015年全國研究生創新實踐系列活動的六大主題賽事之一，以創新改變未來為競賽宗旨，以微小衛星為主題，圍繞未來飛行器技術與創新，致力于提高廣大研究生在航空航天領域科研創新的能力、理論聯系實際的能力和解決工程實際問題的能力，為業界發掘培養復合型、高素質拔尖創新人才提供優秀平臺。

初賽報名作品共計210余件，來自全國70多個單位。經專業評審環節，有66件作品入圍全國總決賽，涉及研究生培養單位24家。之后再通過現場答辯及實物演示環節，由專家委員會和組委會審定，最終確定22件獲獎作品。其中一等獎7項，二等獎15項。

日前，獲獎團隊成員傅軍、常玉虎、崔雪揚、吳加正、朱家成和他們的指導老師復旦大學力學與工程科學系系主任艾劍良教授，一起講述了這件未來感十足的作品背后的故事。

飯桌上聊出來的團隊，開腦洞想出來的點子

得知中國研究生未來飛行器創新大賽的消息時，力學系飛行器設計與工程專業研二學生傅軍立即想到了當下大熱的無人機。雖然當前無人機已經在航拍領域大顯身手，但在傅軍看來，無人機的領域不止于此，還可以做文章。此時距離初賽時間只有一個多月了，想要參賽，首要任務是組建團隊。

說起團隊的成立，隊里唯一的女生崔雪揚笑說到：其實來源于一次機緣巧合的吃飯，各自的專業上有飛行器設計、理論計算和計算機軟件，恰好形成優勢互補。傅軍是飛行器設計專業碩士研究生；崔雪揚和吳加正同為流體力學專業，一碩一博；朱家成在團隊里年紀最小，卻有著豐富的飛行器設計制作經驗；計算機系的常玉虎看似是力學的外行，但在大三就開始對飛行器感興趣。這樣一來，團隊里每個人都各有所長，有人親手制作過無人機，有人喜歡開發軟件寫代碼，還有人擅長文字寫作，不過大家都有一個共同特點：擅長開腦洞。

組隊后的第一次頭腦風暴中，他們發現目前市面上大多數無人機仍是利用傳統手持遙控器進行操作。但手持遙控器占用了雙手，使得無人機仍然只能是個大玩具，而不能成為人類的科技助手。人類科技產品的進步趨勢是越來越簡約，越來越便捷。他們相信隨著技術的發展，未來的無人機的操作絕對不是現在這個樣子。那會是什么樣子呢？于是我們就說開下腦洞吧！傅軍說，常玉虎突然想到為什么不能用腦電波來控制飛機呢？這個腦洞大開的想法一致得到大家的認可。經過之后的反復討論和推敲，最終一個通過腦電波與手勢協同控制、鏡頭跟隨頭部運動并能虛擬還原空中視角的無人機系統的設想就此成型了。

未來感十足的無人機操作裝置：從設計到成品，全程自己動手

這套飛行裝置使得我們只需要帶上眼鏡想一想或者手一揮，就能像鳥兒一樣采用全新的角度去探索一些平常難以看到的地方，同時也可以給不方便活動的殘障人士提供一種全新的方式來認識世界。崔雪揚在項目報告書里描述的這套飛行裝置包括一個MindWave Mobile腦電耳機、一個Myo臂環、一副虛擬現實（VR）眼鏡、一架六軸飛行器以及搭載的云臺和同步攝像頭。

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將同步攝像頭安裝在飛行器底部，拍攝飛行器視角下的三維立體影像，通過虛擬現實（VR）眼鏡將三維影像實時投射到眼前，佩戴者即可體驗全三維再現環境。同時用戶佩戴非侵入式腦電傳感器和可以讀取佩戴者前臂肌肉運動的腕帶，通過集中精力來控制飛行器的上升，放松狀態控制飛行器的下降，通過手勢左使飛行器向左飛行，手勢右使飛行器向右飛行，手勢五指伸開使飛行器向前飛行，手勢握拳使飛行器向后飛行。通過頭部俯仰和左右轉動控制攝像頭的傾斜角度。

如此，佩戴者仿佛能靈魂出竅人雖站在地面眼睛卻飛上了天空，通過自己的思維活動和手勢指揮，親眼看到了無人機在空中的廣闊視野。

而這看似科幻的背后卻有著堅實的科學理論基礎。人的大腦是由數以萬計的針尖大小的神經交錯構成的。神經相互作用時，腦電波模式就表現為思維狀態。每當神經活動時都會產生輕微的放電，放出的電通過腦電波技術醫學上稱為腦電圖就可以測量得到。不同的神經活動會產生不同的腦波模式，例如沉睡中的人大腦中會產生大量的 delta 波，而當一個處于警覺和清醒狀態的人集中思考一件事時，大腦就會產生大量的 beta 波。我們的設計就是通過集中精力來控制飛行器上升，放松精神來控制飛行器下降。傅軍介紹。

每一次試飛都是挑戰與進步

朱家成是力學系大三學生（朱是本科生，因此沒有出現在參賽名單里），主要負責無人機的整體結構設計和制作，以及基礎的調試和試飛。在此他采用了自主設計的機架結構，通過Solidworks軟件繪制和修改零部件，并聯系原材料廠家進行生產。同時，還要考慮無人機的操作需求來搭載電子設備和電機等零部件。拼裝完成后，再進一步試飛調試。雖然這次參賽的項目亮點在于操作系統，但不斷改進的設計與調試為腦電波和手勢控制建立起一個的穩定飛行平臺，無疑是這個項目不可或缺的基石。

當整機設計和零配件的制作都及時完成時，大家都松了一口氣。沒想到裝配環節又遇到了新的問題，零件尺寸出現細微差別，毫厘之差導致機身無法安裝完善。電腦上的數據都是完美的，但現實沒有那么精確。如果不是自己親自動手制作，是絕對想不到還有這樣的問題。負責裝配的吳加正說到。一旁的傅軍還補充了自己做藍領當焊工的經歷，還有一次，按照電路板說明裝配好之后怎么都通不了電。為此糾結了一個晚上，夜里忽然想到是不是電路板標錯了？第二天一早起來，自己重新焊接電路板，終于通了。

朱家成回憶起了無人機裝配好后的第一次試飛。大家激動地把東西都搬到草坪上，在我們安裝準備的功夫，周圍已經聚集了不少等待觀看飛行的同學和老師。結果開始飛行時無論我們怎么推油門都只看見飛行器的螺旋槳轉動，不見飛機起飛。后來我們只好停下檢查，原來是大家一緊張把六個螺旋槳全部都裝反了。

初賽要求每個參賽團隊提交一個飛行器的飛行視頻，可天不遂人愿，臨近截止的那一周陰雨連綿，團隊成員每天醒來第一件事就是查看當天的天氣預報。眼看就要到交稿日期了天氣還沒放晴，大家只好又湊在一塊開腦洞。首先想到室內體育館，可是長80cm寬100cm的大家伙沒法在室內飛行。此時不知誰提了一句不如給飛行器穿雨衣？，于是腦洞大開的他們立刻找來一塊大塑料布，將無人機的關鍵部位裹起來，給飛行器套上了一件簡陋的雨衣。就在他們準備等到小雨飄落再冒雨飛行時，忽又天降暴雨，幾人就近躲在校史館門口，狼狽不已。當時覺得好慘啊！傅軍說，不過現在想起來還是蠻有趣的。

決賽現場，組委會選中3個團隊進行現場表演，傅軍團隊就是其中之一。當天天氣晴朗，風力合適，一切環境都適合飛行，可是打開設備卻發現飛機搜索不到GPS信號，急得傅軍幾人團團轉。就在他們準備向組委會申請更換場地時，忽然信號來了。一波三折下，最終完美收官，現場精彩的操作表演贏得了滿堂喝彩。

設計團隊學生與指導老師在一起

左起：吳加正，朱家成，艾劍良教授，傅軍，常玉虎，崔雪揚

院系扶助、學校支持，成就一等獎得主中唯一的綜合性院校

復旦師生都知道在老校門的后面有一架機身刻有1905的小飛機，可是大多數同學不知道的是，飛機東面那所不起眼的小樓里藏著一間配備精良的飛行器設計制作室。這里不僅有高配置電腦、飛行模擬器，更配備了激光切割機、3D打印機這樣的高端設備。這次我們參賽的無人機大部分就是在這里完成的，傅軍介紹。此次因參賽時間緊張，熬了多少個夜已經記不清，但其中不少次就是在這個實驗室里。住在張江校區的常玉虎談到參賽過程中的困難時也說，由于和隊友不在一個校區，需要兩地奔波，經常睡在結構廳。

實驗室的使用非常方便，艾劍良教授介紹道，學生向實驗室管理老師提出申請，只要在申請時段內沒有其他同學占用就可以用。幾乎實現學生自主管理，全部設備都向學生開放。并且我們不僅只對力學系研究生開放，本科生也可以來，我們還很愿意向全校開放，鼓勵有興趣的同學來使用。 這樣一個設備齊全、使用便捷的實驗室在團隊參賽過程中可謂功不可沒，而實驗室開放的背后則是力學系對學生創新實踐的大力支持。本次參賽的材料、餐旅等費用完全由力學系和研究生院支持。對于學生創新，我是全力支持的。我經常給他們說，只要你們有想法，就放手去做。關鍵是要把東西做出來，把想法變成現實。艾老師說。

本次大賽一等獎共7支隊伍，除了復旦團隊，其余6支都來自工程類或航天類院校，復旦是唯一一所綜合類大學。相比專業性院校，我們的學生更愛動嘴，想法好，就是動手少。談及此次獲獎的意義，艾劍良教授認為獲獎對于增強學生自信、增強學校的動手氛圍都有所幫助。

腦電波這塊還可以深化！談起對未來的展望，艾老師表示研究并未到此結束，在無人機的旋翼起降、固定翼平飛、拋飛穩定，甚至人工智能方向上的研究仍然大有可為。團隊負責人傅軍也表示他們會繼續深入開展無人機的研究，爭取做到產學研結合，而科技-行業應用的結合才是無人機技術真正能夠展翅翱翔的領空。

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