【挑戰杯三等獎】仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統

前言：11月20日，第十四屆“挑戰杯”中航工業全國大學生課外科技學術作品競賽在廣州落下帷幕。西安電子科技大學共提交6件參賽作品，其中2件獲國家一等獎，3件獲國家二等獎，1件獲國家三等獎，并捧得“優勝杯”。這是西電自2005年捧得“優勝杯”后，時隔十年再次捧得。多年來，學校十分重視創新創業教育在人才培養中的作用，以“星火杯”科技創新競賽為龍頭，打造廣泛參與的科學競賽平臺，全面點燃大學生創新創業的火種。此次挑戰杯，校長鄭曉靜院士還特別召開協調會推薦挑戰杯成果。為了讓師生了解本次獲獎團隊的情況，西電新聞網采訪了這六個團隊，并將陸續推出六個獲獎項目的深入介紹。

穩穩的幸福

——記第十四屆“挑戰杯”國家三等獎作品

■學生記者 趙佳

項目名稱：穩穩的幸福--仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統

項目簡介：仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統研發了基于體感和視覺兩方面的設計系統。針對交通出行暈船的問題,提出采用基于三足平衡和視覺穩像的方法實現體感平衡和視覺平衡。讓暈船患者不再為乘船出行而煩惱。該系統通過實時補償輪船晃動，減少旅客前庭導致暈船的電信號的產生量，使旅客前庭暈船的電信號小于致暈閾值。從根源處抑制暈動產生，從而避免暈船。與國外現有的技術相比，它突破了原有技術的局限，不但可以感受到光線，還可以及時看到物體的移動，提高了實際的防暈效果。同時，系統開發出了可以增強現實和手勢識別等附加功能，為旅客增添旅行樂趣。

核心成員院系：電子工程學院、物理與光電工程學院、計算機學院

說起穩穩的幸福，大家耳邊或許會響起陳奕迅的《穩穩的幸福》這首歌， “我要穩穩的幸福，來抵擋末日的殘酷，在不安的深夜，能有個歸宿。”但在人們的長途旅行中，好多人卻會遭遇暈車暈船的痛苦經歷，即使有一些藥物可以減緩，也只能治標不治本。即使沿路的風景很美，也沒有心情再去理會，儼然更沒有幸福而言。陳安沛和他的團隊自主研發的“仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統”——幫助旅客明顯減輕暈動的癥狀，使人可以不再眩暈，從而享受美妙的旅途。

該系統以仿生控制機制，在自動控制系統環節，將鳥類的雙目視動反饋控制機制和傳感器反饋控制方式相結合，使座椅偏移角誤差小于0.5度。通過高穩定性座椅結構，改進型三自由度空間結構，解決了原有結構容易導致結構重心大范圍漂移的問題，把重心漂移誤差控制8mm以內。建立雙模式平衡，創新性的運用了體感和視覺雙模式實時補償船體晃動，輔以高效率算法，使其能夠適應多變環境。另外，手勢識別與增強現實，增強用戶視覺體驗。

在11月20日舉行的第十四屆“挑戰杯”上，陳安沛和他的團隊憑借此項自主研發的硬技術，獲得國家三等獎。

處處留心皆學問

一名在讀的工科大學生，為何會將目光投向暈動病？令人意想不到的是出于一次簡簡單單的外出經歷。

同好友一起外出時，細心的陳安沛看注意到好朋友經常暈車。他就想有沒有一種方法可以從根源上解決暈車的問題。暈動癥是人內耳前庭平衡感受器官產生的神經功能性障礙。當汽車啟動、晃動、顛簸，電梯或飛機升降時，這些刺激使前庭橢圓囊和球囊的囊斑毛細胞產生形變放電，向中樞傳遞并感知。每個人對這些刺激的強度和時間的耐受性有一個限度，即致暈閾值，如果刺激超過了這個限度就會出現暈動病癥狀。每個人耐受性差別又很大，這除了與遺傳因素有關外，還受視覺、個體體質、精神狀態以及客觀環境（顛簸晃動）等因素的影響，這導致暈動病發病幾率大大提高。暈動病是一種常見病，卻從未被徹底有效地解決。   

傳統藥物是通過抑制前庭信號傳遞或調節胃腸功能來防治暈動病癥狀，但是由于藥物擁有特定的用藥禁忌人群與明顯的毒副作用，且無法根治暈動病，通過藥物抑制來減緩病癥已逐漸陷入瓶頸。在美國，桂利嗪因有引發麻痹的可能,已被食品藥品監督管理局禁用；而鹽酸美克洛嗪由于會產生的嗜睡、視力模糊、口干、疲乏等副作用也逐漸被政府叫停。在我國還有運用針灸，中藥調理等抑制神經系統功能來防止暈動病發病的方法，但大多不能即時見效，且難以推廣。

隨著經濟的發展，水上客運結構在不斷地調整，據交通運輸部統計，我國幾個重點的旅游客運區域，如長江三峽,以及我國與周邊國家之間（如中韓）的客運量大幅增長，每年達3.2億人次。有研究表明，暈船的總發病率約為39%，據此估計，每年客船運輸對防暈座椅需求達1.28億人次。無論是緩解個體出行中出現的不適情況，或是滿足提高運輸行業服務的發展需求，開發一款“仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統”是大勢之趨。

陳安沛將自己的想法告訴了王新懷老師，得到了導師的大力支持。在導師的鼓勵下，這個想法開始一步步實現。

興趣是最大的動力

總會有人以愛迪生發明燈泡的上千次實驗作為激勵自己前進的動力，然而，當一個人做自己喜歡做的事情的時候，困難便不再是無法解決，復雜的事情似乎也變得簡單了許多。

當我們談到成功的時候，似乎每個輝煌的例子背后，都是一段辛酸的往事。與眾不同的是這個團隊并沒有感慨事情有多難，自己的付出有多大，自己的努力有多超人，他們簡單的內心以及樂觀的精神支持著他們走到最后。當談到項目進行中的困難時，無論是隊長陳安沛，還是隊員張慧良，他們都說并沒有什么大問題。如果真的要說問題的話，張慧良說：“由于產品的特殊性，原材料等花費較大，也許是資金上面有一點問題。但大家最后都通過各方努力解決了資金問題。”

沒有人可以隨隨便便成功，“仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統”項目的成功也是一樣的。雖然團隊成員都沒有訴說自己在研究過程中遇到的困難，并不代表困難不存在。比如真實的海面狀況和車里晃動的現象在實驗室里是不好模擬的。阻力總是存在的，但他們沒有沮喪，他們用一種更積極的態度去應對。

從最開始人工模擬晃動，到后面整個團隊專門去廣州的郵輪上做實驗，記錄數據，分析作品調試方面的問題，他們一直在堅持。為了項目更好地開展，團隊的每個人各司其職，做好自己的任務，彼此積極地溝通交流。因為是自己喜歡的事情，因為愛這件事，便從不覺得累，也不怕累。“盡管我們項目最后的名次并不理想，但我們在一起的過程是開心的。”隊長如是說。

心懷感恩 一路前行

一次又一次修改項目文案到一兩點；

一點又一點建設性的意見推動的項目的進行；

一遍又一遍的鼓勵讓團隊人心更加團結，充滿戰斗力；

團隊成長的道路上，離不開王新懷導師關切的目光。不管是項目的開始，還是項目最后的落成，王新懷都像家長一樣始終陪伴著整個團隊，不僅為團隊提供物質資源上如實驗室、儀器上的大力支持，還給予他們心靈上無微不至的關懷。在整個參賽的過程中，每個人都是開心快樂的。

在“挑戰杯”的參賽過程中，校團委的老師也是傾注了大量的心血，開始階段的叮嚀，國賽中的現場陪伴，一路走來，在迷途中幫助團隊找到方向，在過程中默默支持，在結束時予以肯定。同時學校的大力重視，在各個方面提供便利，也為項目的順利進行打下了堅實的基礎。

團隊中的每個人都希望這個“仿生自平衡和視覺穩像抗暈船系統”，可以像名字一樣，給人穩穩的幸福。讓暈車的旅客擺脫暈車癥，從平淡的旅途中感受到快樂，感受到幸福。