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【西迁新传人】“设计界奥斯卡”奖项背后

——访西安交通大学徐光华教授团队

来源:交大新闻网 日期 2019-11-26 09:38 点击:

红点奖创始人彼得·扎克(左)为西安交大获奖师生颁奖

初秋的新加坡红点设计博物馆,2019年国际红点概念设计奖颁奖典礼正在举行。舞台上的东方面孔神采飞扬,久负盛名的“设计界奥斯卡”迎来了本次获奖者——来自西安交通大学机械工程学院的徐光华教授团队。他们的作品“婴幼儿弱视脑检测仪”在全球48个国家的4218件参赛作品中脱颖而出,获得评审组20余位设计界巨擘大师的一致青睐,最终夺魁。

设计改变生活:脑机接口架起“医患桥梁”

国际红点设计奖由德国设计协会创立于1955年,以未来为主线,发掘创意概念和发展趋势,是国际公认的全球工业设计顶级奖项,与德国“iF奖”、美国“IDEA奖”并称为世界三大设计奖,素有“设计界奥斯卡”之称。

“婴幼儿弱视脑检测仪”参赛作品

西安交大获奖作品“婴幼儿弱视脑检测仪”针对婴幼儿弱视早期筛查困难的问题,采用自主创新的脑机接口技术。该作品由机械工程学院医工交叉研究所徐光华教授、李晓玲副教授带领研究生郑小伟、刘洋、王云云、梁仍昊、张凯、韩丞丞等经过两年多的研究攻关与设计创作完成。

现如今的儿童弱视要通过视力检查、眼位检查、立体视检查、屈光度检查等多个步骤才能确诊,流程繁琐、耗时耗力,“婴幼儿弱视脑检测仪”可在6分钟内轻松、无损地检测儿童的弱视程度,为早期筛查视力障碍提供了有效而直接的手段。

该设备由眼动仪、虚拟现实眼镜、EEG(Electroencephalography,脑电信号)记录平台以及数据分析和管理系统四个集成组件组成。虚拟现实眼镜将患者置于虚拟现实场景中,可实现视觉刺激范式的双眼分视效果;眼动仪实时跟踪患者眼球运动的位置;EEG信号记录平台可收集视觉诱发的脑电信号,并发送给数据分析和管理系统,使患者和医生可随时随地访问和共享数据和信息。通过监视和跟踪患者的病情,医生可远程提供及时有效的诊断和治疗计划,为患者节约了时间成本。

“婴幼儿弱视脑检测仪”一方面较为理想地解决了婴幼儿弱视早期筛查困难的问题,另一方面极大简化了医疗流程,核心技术“脑机接口”可推广至其他医学领域,在医患之间架起一座平和沟通的桥梁。

科研攻关:执著创新,锐意进取

好作品的问世绝非朝夕之功,这是交大人刻苦钻研、锐意进取、不懈奋斗的汗水结晶。

徐光华是西安交通大学腾飞教授,博士生导师。30年来,“给机器看病”一直是他的专业。“给机器看病”,主要是指对运行中的设备进行故障诊断及信号处理。2003年左右,传统机械故障诊断学科进入方向转型时期,徐光华教授开始思考一些新的方向,于是,“智能检测与脑控交互”团队成立,向一个未知的全新领域迈进。

说起脑机接口(Brain-Computer Interface,BCI)技术,徐光华教授做了一个生动的比喻:“就好比人与人之间的交流是为了获取信息,大脑与计算机间的交流则可以通过信号扫描、检测大脑问题。”在实验室,徐光华教授身边摆置着的是各种颇具神秘感的“脑控人机交互设备”,可用意念指挥的轮椅,靠眼睛控制的拼写设备,以及主动捕捉大脑意识即可帮助脑卒患者康复的训练设备等。“概括来说,脑控技术实际就是一种‘意念控制术’”,徐光华教授接着解释,“好比在大脑与机器之间通过协议修建一条‘公路’,路上往来川流的‘汽车’便是信号,通过反馈、调节等机制,让仪器对脑电波进行捕捉、识别,传导并指挥配套设备开始机械运行,实现主动的康复训练。”

这绝非易事。脑机接口技术分为侵入式和非侵入式两个类别。侵入式需破开颅骨,植入芯片,直接进行神经元信号采集;非侵入式通过外部设备接收大脑不同区域的神经元电活动,间接获取大脑信号,徐光华教授团队主攻非侵入式信号采集。非侵入式脑机接口的实现步骤分为信号采集、信息解码、信息再编码、反馈四个步骤。因是间接信号采集,如何保证采集准确性并获取特征信息显得尤为重要。经历了几百次的试验,无数次的编程、调试、再推翻,徐光华教授团队在十多年科研历程中终于孕育出了一套行之有效的脑机控制流程。

具体到“婴幼儿弱视脑检测”,团队面临的挑战更加艰巨。弱视是指在眼部无器质性病变的情况下,矫正视力低于正常视力值的情况。弱视的形成多可归因于知觉、运动、传导及视中枢等原因未能接受适宜的视刺激,使视觉发育受到影响而发生的视觉功能减退的状态。因此,单单依靠“眼部病变检测”并不能达到识别弱视的要求,需要通过对大脑皮层中枢神经的检测才能确诊。而婴幼儿由于其年龄特征,不可避免地存在语言性交流困难、行为性引导困难等问题。

经过两年多的摸索与实践,徐光华教授团队在原有的脑机检测设备中又加入了虚拟现实眼镜,既可以实现弱视检测的双眼分视效果,又可与虚拟现实多源信息相融合,实现了检测过程的有效性与趣味性。

团队特质:交叉产业化,热情创未来

学科交叉和产业化实践是贯穿徐光华教授团队研究始终的两大主题。

在团队中承担脑电信号解码和特征提取任务的博士生郑小伟告诉记者,竞逐红点奖,单凭过硬的技术是远远不够的,李晓玲副教授负责的工业设计部分也是整个作品的亮点,其流畅、简洁的外形为使用者提供了更为舒适的人机交互体验,也是红点设计奖组委会所关注的重点内容。可以说,这是技术、设计、医学的学科“三交叉”孕育出的成果。

“作为高校科研团队,科研方向的选择须考虑‘三线交叉’,”徐教授说,“既要是国家重点需求,还要有可观的经济价值和学术研究价值。”

从创立开始,团队对于学科交叉成果的产业化思考和实践一直未曾停止。2018年,依托西安交通大学医工交叉研究所科研成果转化孵化出的公司——西安臻泰智能科技有限公司正式成立,2019年获联想创投天使投资,其创始人兼CEO王浩冲获评福布斯中国30位30岁以下行业精英,他正是徐光华教授门下弟子。

在徐光华教授看来,人才培养、科学研究、社会服务三者是相辅相成的,大学生创业是科研应用于社会的一种尝试。“一方面依托高校雄厚的技术能力,创业公司可将学校的科研成果高效地投入市场,一方面产品使用反馈也能够通过创业公司直接传递至科研机构,形成一个闭环,共同促进,谋求提高。”

站在时代热点上的徐光华教授团队,将交大人特有的“精勤求学、忠恕任事”的实干精神和“锐意进取,积极创新”的团队精神相结合,在科技报国的道路上,一往无前。

文字:通讯社 黄子桐 机械学院 李则达
编辑:朱萍萍

 
 
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