【仪路为先】精仪系春季学期SRT项目简介（二）

清华大学为先书院

本学期大学生研究训练计划（SRT）项目将于3月25日-4月6日进行报名，本学期由精仪系开设的SRT项目共有28个，涵盖精仪系各个研究方向，形式丰富。为方便同学们全面充分了解SRT项目信息，尽早匹配适合自己的项目，精仪系特别推出“春季学期SRT项目介绍”系列推送，欢迎同学们报名精仪系SRT项目！

本次将介绍第10~18个项目（依据立项申请顺序），若项目内容与info系统公布时有差异，以系统显示内容为准。

面向非平稳环境的类脑世界模型

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：要求学生具备良好的编程基础（Python 为主，具备基础的机器学习代码阅读与实现能力），掌握线性代数、微积分与概率统计等基础数学知识；对类脑智能与强化学习方向有浓厚兴趣，具备较强的自驱学习能力。

项目内容：本项目面向具身智能体在开放世界运行时普遍存在的环境非平稳性问题，拟研究一类可在环境变化条件下保持有效预测与决策性能的类脑世界模型。现实场景中，动力学与观测分布常随时间发生变化，既包含缓慢漂移（如摩擦、载荷、传感器漂移等），也包含突发跳变（如任务模式切换、外界扰动等）。这类变化会导致已学习模型快速失配，进而引发策略退化与数据成本上升。项目以“多尺度变化建模、在线适应、具身验证”为主线：围绕不同时间尺度的变化特征，构建相应的世界模型表征与预测机制，并设计面向非平稳条件的在线更新与稳定性约束，使模型能够在变化发生后及时修正偏差、维持可用的内部预测。项目将结合仿真环境与机器人平台开展实验，建立可复现的任务集合与评价指标，系统评估模型在跨任务、跨环境条件下的鲁棒性、适应效率与长期性能。预期形成一套面向非平稳具身场景的类脑世界模型研究框架与实验范式，为机器人长期自主运行中的低成本适应与持续学习提供方法基础。

现有基础：项目将依托清华大学类脑计算中心的软硬件平台条件，主要包括通用类脑计算芯片（如 TianjiChip）、类脑感知芯片（如 Tianmou）、GPU 集群计算资源及相关类脑机器人实验平台，用于开展类脑世界模型的算法验证、仿真实验与系统优化。类脑计算中心实验室（华业大厦 413）具备较完善的实验空间与机器人测试条件，可为项目实施提供稳定的场地与设备支持。

指导教师：郭尚岐 助理教授

联系邮箱：shangqi_guo@tsinghua.edu.cn

类脑群体大模型驱动的虚拟科研智能体社群研究

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：有Python基础；具备NLP、知识图谱、网页开发之一经历优先；能阅读英文论文，具备较强的自驱力和自主思考能力。

项目内容：科研智能体旨在把科研前期“检索—阅读—归纳”这一高度依赖人工经验的环节流程化、可复用化：围绕具体问题快速定位相关文献，抽取关键证据与方法要点，形成结构化综述与对比，从而提高跨学科信息整合效率。科研场景对准确性与可追溯性要求高，单一智能体在引用、解读与推断强度控制上仍易出现偏差。多智能体科研智能群体通过角色分工与交叉复核，在讨论中引入质疑、复审与一致性收敛，使结论更接近“可追溯证据链支撑的可复核陈述”，从机制上降低错误扩散与幻觉传播的风险。本课题组已完成“科研智能群体”初始版本系统搭建。在此基础上，本项目聚焦系统完善迭代与类脑群体演化动力学建模，目标是在真实科研任务中稳定获得“科研可信性”（证据可追溯、结论可复核、过程可纠错）。项目将把科研协作中的分工、复审与共识形成等过程抽象为可执行的群体规则，使缺乏证据支撑或经不起复核的主张难以进入共享记忆与最终报告。主要工作包括：

1）系统工程完善：对现有多智能体协作前端与讨论回放系统进行模块化重构，提升稳定性、可维护性与复现实验支持。

2）类脑群体动力学模型构建：基于类脑云知识结构构建智能体画像与分层组织机制（小组并行→组长汇聚→证据官审稿），并设计信誉更新规则（错误惩罚、纠错奖励、影响力重分配），形成可解释的群体演化框架。

3）涌现验证与评测实验：建立指标体系（证据可追溯覆盖率、错引率、错读率、错误存活率随群体规模变化、自净化纠错率等），开展群体规模扩展与角色消融实验，评估机制贡献并识别阈值条件。

4）案例驱动迭代：选取2–3个交叉主题开展端到端验证，形成交叉预研技术报告与周期简报模板。

现有基础：已完成科研智能群体系统的初始版本搭建，具备多智能体在线协作讨论、过程记录与可视化回放能力，并支持领域科学家知识图谱的在线构建与展示。团队具备知识图谱构建与智能群体交互系统开发的工程基础，具备可训练大模型的GPU集群，可确保项目可持续推进与成果按期交付。

指导教师：郭尚岐 助理教授

联系邮箱：shangqi_guo@tsinghua.edu.cn

基于复合轴架构的宽域扫描与精密稳像控制设计研究

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：5

接纳对象及要求：相关专业本科生，具有良好的团队合作精神与积极乐观的工作作风。

项目内容：调研光电跟踪系统随动稳定控制相关文献，了解该领域主要研究方法；学习Matlab Simulink，建立光电跟踪复合轴控制系统仿真模型，学习机电伺服系统控制设计方法；设计基于复合轴架构的光电跟踪随动稳定控制算法与宽域扫描控制算法，在Matlab Simulink中对算法进行验证；开发基于复合轴架构的宽域扫描与精密稳像控制嵌入式程序，在地面试验台架上开展试验验证（可选）。

现有基础：课题组多年从事相关领域研究，研究资料充足，可以提供科研场地和项目指导。

指导教师：袁夏明 副研究员

联系邮箱：xmyuan@tsinghua.edu.cn

从零攒一颗小卫星

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：3

接纳对象及要求：对卫星或电子设计感兴趣

项目内容：这个项目不是要求搞昂贵的专业航天课题，而是从兴趣出发，只利用在淘宝能买到的电子产品和零件，纯手工攒出一个能有信号的业余小卫星。项目旨在搭建一个连接书本知识与卫星设计的探索桥梁，项目会提供adunio、树莓派、lora通信模块等常见的智能硬件产品及其他散件，并帮助大家使用如何使用它们做些有意义的东西，让每一位有兴趣的同学都能接触乃至动手参与航天事业，在协作与创造中领悟其中探索未知的乐趣，体验一下将仰望星空的梦想变为触手可及的现实。通常小于1000kg的卫星被称为小卫星，项目预期小于500g，属于皮卫星规格。一颗功能完备的卫星通常包含8大子系统：结构、推进、热控、能源、遥测遥控、姿态与轨道控制、（射频）通信及天线、有效载荷。卫星质量越小意味着其功能简单，相应的子系统也会削减合并，但基本上也会有6种：电源、星载计算机、测控与通信、姿态确定与控制、结构、有效载荷等。攒一个卫星，就是把这些模块用商业化硬件模块、结构零件加工乃至3D打印后，然后辅以必备的电路拼装起来。电源设计上，与其他卫星类似，采用太阳能电池片+锂电池+电源转换的模式，其中太能电池片采用体装式直接粘贴固定在卫星外表面，卫星壳体内根据空间和需求情况，选择合适尺寸容量的锂电池，锂电池充放电管理采用商业化的TP4056或SPV1040等解决方案，供电输出上采用TC1260等3.3V稳压输出。星载计算机拟采用智能硬件板卡的方案，比如arduino、树莓派或者STM32等，基于智能硬件生态所富有的库函数以及开源DEMO案例资源等，可以把重点放在星务软件、监测数据管理以及姿控算法等方面，编写各类传感器载荷的数据接收和存储转发、星上关键参数的监测等任务。

测控和通信的方案选择LORA模块，商用的LORA卡可以便捷地与智能硬件连接，实现数字信号交互。受制于城市环境、发射功率等因素，市面的LORA模块的通信距离一般在5Km内，在这方面可以尝试提高发射功率、降低扩频因子、改进天线等方式增加通信距离，探索尽可能远的通信尝试。有效载荷或者试验设计方面，可以根据需求选取，比如引入常用的MPU6050陀螺仪、HMC5883LSMD磁力计、温度或气压等各种传感器。鼓励深入探索。如，可以尝试设计太阳敏感器实现太阳入射角度解算，设计最大功率点跟踪电路更高效率地实现把帆板的光能转为为电能，设计解锁弹开（SADA）机构驱帆板……

现有基础：依托精仪系实验教学中心，软硬件工作环境良好。电子电路实验材料齐全，可在现有创意基础上进行再加工，也可从头搭建完整实验平台。电子、仪器学科常规实验设备齐全，可利用已有电子实验桌。具有示波器、万用表、信号发生器、开关电源等电路调试仪器，恒温电烙铁、吸锡器、小型焊接台、剥线钳、斜口钳、镊子等电子装配工具。

指导教师：徐东 工程师

联系邮箱：xudongemail@126.com

光学超构表面编码器最优化设计

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：1

接纳对象及要求：无

项目内容：光学元件的小型化、集成化是人们长期的追求。进入21世纪，伴随微纳加工技术和电磁仿真技术的进步，人们对光场的操控能力得以下探到微观（亚波长）尺度，创新的光与物质相互作用原理和应用不断涌现。参与本项目的同学将可以探索一种新颖的平面化、集成化光学元件超构表面（metasurface）的相关原理及其在小型化多维光场传感器、激光雷达等领域的应用。本项目拟招收1名同学，主要工作为利用电磁仿真软件设计、优化和实验实现基于超构表面的多维成像系统。

现有基础：两种商用电磁仿真软件：FDTD Solutions，COMSOL；用于大型数值计算的计算工作站一台；学生在研究中所需的各种培训资料和学术资料；开展原理性实验所需的基本实验条件（光学平台、机械和光学元件等）。

指导教师：杨原牧 副教授

联系邮箱：ymyang@tsinghua.edu.cn

面向量子传感的物质波相干操控技术

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：学习过量子力学和高等数学

项目内容：针对量子惯性测量系统对原子束的物质波干涉进行建模和仿真；设计和搭建原子束干涉的信号检测系统，进行试验验证；对检测等引入的噪声进行分析和建模。

现有基础：超净工作环境、原子束发生器和真空系统、激光系统，可满足项目顺利实施。

指导教师：冯焱颖 副教授

联系邮箱：yyfeng@tsinghua.edu.cn

面向神经调控的无线光遗传调控系统

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：对生物医学光学感兴趣的本科生，年级、专业背景不限

项目内容：光遗传学通过光敏蛋白实现对特定神经元活动的精准操控，已成为解析神经环路功能的利器。然而，传统光遗传实验依赖光纤或电缆将可见光导入脑内，这种“有线”连接限制了动物在复杂环境中的自由活动，且光纤拖拽可能引入机械应力，干扰自然行为。开发无线化、小型化的光遗传调控装置是领域内的核心需求。现有无线光遗传方案主要分为两类：一是内置电池的微型化头端设备，通过射频或红外接收指令驱动微型LED（μLED），但电池续航和体积限制了长期实验；二是无线能量传输方案（如射频谐振、超声、环境光供电），虽摆脱了电池，但仍需头端搭载能量接收和驱动电路，本质上属于“有源”设备，且射频可能干扰电生理记录。更重要的是，这些方案均未摆脱“电驱动光”的模式，中间环节增加了系统的复杂性和功耗。近年来，上转换纳米颗粒（UCNPs）技术的发展为无线光遗传提供了全新思路。UCNPs能够将穿透深度深的近红外光（NIR，~980 nm）转换为可见光（如蓝光、绿光、红光），从而直接激活表达光敏蛋白的神经元。这一策略将光遗传刺激的“光源”从植入式LED转移到体外的近红外激光，头端无需任何电子元件，实现了真正的“无源、无线、无束缚”。然而，现有的UCNPs光遗传研究多采用宽场近红外照射或简单的手持激光，无法实现对自由活动小鼠特定脑区的精准、动态追踪刺激，也无法在群体动物中独立调控多个个体。空间光通信技术，即通过自由空间传输调制激光进行通信和定位的技术，具有方向性好、传输距离远、可动态追踪等优点。将其与UCNPs光遗传相结合，可以构建一套“空间光激发-UCNPs转换”的全新调控范式：通过智能视觉追踪系统，将近红外激光束精确对准自由活动小鼠的特定脑区，激光穿透皮肤/颅骨，激发深部的UCNPs发射可见光，直接激活光敏蛋白。该系统完全摒弃了头端电子设备，既实现了真正的无线无源，又具备多目标独立调控的能力，为研究自然行为下的神经机制提供了革命性工具。本研究旨在研制一套基于空间光激发上转换纳米颗粒的无线光遗传调控系统，实现对自由活动小鼠的无源、远距离、多目标精准光遗传刺激，并利用该系统探究小鼠在复杂社会行为中的神经机制。具体的，开发一套无线光遗传调控原型系统，基于智能视觉的激光发射与追踪实现对一只或多只自由活动小鼠头部特定脑区的实时、精准近红外激光调控。

现有基础：项目团队长期从事生物医学光学、分析仪器和人工智能等方面的研究，在相关领域积累了丰富经验和技术储备。项目负责人在Cell、Nature、Science子刊等国内外学术期刊上发表过多篇高水平论文。团队拥有先进的实验设备和良好的科研环境。

指导教师：孔令杰 教授

联系邮箱：konglj@tsinghua.edu.cn

模拟失重环境下小鼠视觉皮层响应

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：对生物医学光学感兴趣的本科生，年级、专业背景不限。

项目内容：随着载人航天事业迈向深空探测与长期驻留，航天员在轨时间显著延长。失重环境对航天员生理机能的影响，尤其是对视觉功能的影响，已成为制约长期航天任务的关键医学问题。国际空间站及我国载人航天任务均观察到，航天员在长期飞行后出现视力下降、视乳头水肿、眼球结构改变等“航天相关神经-眼综合征”（SANS）的典型表现。目前研究多聚焦于失重导致的眼球结构改变及颅内压变化，但对视觉通路中枢——尤其是初级视觉皮层（V1）如何适应失重环境，其神经元编码特性是否发生可塑性改变，尚缺乏系统研究。初级视觉皮层是视觉信息处理的最高级中枢，负责对图像轮廓、方向、运动等复杂特征的提取与感知。失重环境下，不仅底部向上的感觉输入发生改变（如体液头向转移影响视网膜功能），顶部向下的注意调控及多感觉整合机制也可能因重力缺失而重构。解析模拟失重后V1区神经元的功能重塑，不仅有助于揭示中枢神经系统对极端环境适应的基本规律，也为航天员视觉功能障碍的干预靶点识别提供理论依据。地面模拟失重的经典模型为尾部悬吊（hindlimb unloading）啮齿动物模型，该模型通过头低位倾斜使体液头向转移，模拟微重力条件下的生理改变。已有研究证实，模拟失重可导致小鼠视网膜功能改变：尾吊15天的小鼠闪光视网膜电图（ERG）明视负波反应（PhNR）振幅显著降低至对照组的79.6%，提示视网膜神经节细胞功能受损，但30天尾吊后该改变出现代偿性恢复。然而，同一研究中闪光视觉诱发电位（FVEP）未见显著异常，提示视网膜层面的功能改变尚未传导至皮层，或皮层存在代偿机制。视觉通路中的丘脑外侧膝状体（LGN）和后顶叶皮层（PPC）在模拟失重环境下出现细胞凋亡及c-Fos蛋白表达改变，提示失重应激可直接影响视觉通路中枢脑区。研究显示，尾吊7天后LGN区PI3K/Akt信号通路受抑制，细胞凋亡增加，表明短期模拟失重即可诱发视觉中枢的神经适应性改变。然而，上述研究多采用组织学方法，缺乏对神经元功能活动——尤其是视觉皮层神经元精细编码特性的在体记录。模拟失重是否导致小鼠初级视觉皮层神经元的感受野特性、方向选择性和群体编码能力发生可塑性改变？其改变的时程动态及神经机制是什么？本项目拟建立小鼠尾吊模拟失重模型，结合清醒状态下双光子成像，建立视觉皮层功能监测平台，并尝试回答上述问题。

现有基础：项目团队长期从事生物医学光学、分析仪器和人工智能等方面的研究，在相关领域积累了丰富经验和技术储备。项目负责人在Cell、Nature、Science子刊等国内外学术期刊上发表过多篇高水平论文。团队拥有先进的实验设备和良好的科研环境。

指导教师：孔令杰 教授

联系邮箱：konglj@tsinghua.edu.cn

数字化高精度恒流源电路设计与实现

项目时间：*开通会员可解锁*-*开通会员可解锁*

接纳人数：2

接纳对象及要求：有较为充足的课余时间，科研态度端正

项目内容：一、系统总体方案研究：基于高精度指标（设定精度、低纹波、低温漂）进行系统架构设计，确定主电路方案。研究数字控制架构（MCU/DSC），建立误差模型，将总目标分解为DAC/ADC分辨率、基准源温漂、采样电阻精度等指标，为后续设计提供依据。

二、高精度硬件电路研究:重点开展精密电路模块化设计：基准与设定模块：研究低噪声、低温漂电压基准源应用技术，设计高分辨率DAC外围电路，实现数字量到模拟控制电压的高线性转换。压流转换与功率模块：基于深度负反馈原理，设计由高精度运放和功率管构成的压控恒流电路，优化功率级散热与稳定性，提高输出阻抗。电流检测模块：研究低温度系数采样电阻应用，实现微弱电流信号采集。抗干扰设计：研究模数混合电路的电源隔离、地线分割与PCB布局布线技术，抑制数字噪声对模拟精度的干扰。

三、数字控制与算法研究：数据采集与处理，探索设计嵌入式软件架构（如前后台或RTOS），确保控制环实时性。开发友好的人机交互界面，实现参数设置、状态显示（设定值/实测值）等功能，实现远程控制与数据监视，为系统集成与扩展提供接口。温度补偿：分析温度对关键器件的影响，研究基于温度监测的软件补偿模型，实时修正DAC设定值或ADC测量值，降低系统温漂。

四、测试与性能评估：构建包含高精度万用表、电子负载、示波器的测试平台。对系统进行性能量化测试：全量程精度与线性度、长时间工作稳定度（时漂与温漂）、输出纹波噪声频谱分析。基于测试结果开展分析，提出硬件优化或软件补偿措施，形成设计迭代闭环。

现有基础：具备实验场地、万用表、示波器、信号发生器等。

指导教师：伍康 副研究员

联系邮箱：kangwu@tsinghua.edu.cn

图文整理 | 精仪系研工组

审核 | 李旭 陈慧军

微信扫一扫关注该公众号

继续滑动看下一个