为落实立德树人根本任务，鼓励大学生自主创新，积极推动学生课外学术科技创新活动蓬勃开展，我校新设立“晶体奖”科技创新奖学金，授予在科学发现、技术发明、促进科学技术进步和科学技术普及等方面做出创造性突出贡献的优秀学生，以激励学生努力创新、积极进取。
经学院推荐申报、校级评审，年度我校共有5个团队获得“晶体奖”科技创新奖学金。
01
作品名称：磁控溅射生长强垂直磁各向异性绝缘体
团队成员：陈志仁、曾琪、刘琳、陈泽瀚、郑鸿男
#发明制作介绍
团队采用射频磁控溅射方法生长了具备强垂直磁各向异性的绝缘体——Tm3Fe5O12。通过在溅射气氛中混入适量氧气，克服了磁控溅射生长磁性绝缘体会改变成分比的问题；并通过GSGG衬底的预退火与高温生长达到了利用衬底拉应力控制Tm3Fe5O12单晶薄膜的磁各向异性。
#创新点
与传统金属铁磁体相比，Tm3Fe5O12磁性绝缘体具有高稳定性、绝缘性、抗氧化性及更高的磁畴壁移动速度。使用Tm3Fe5O12磁性绝缘体层在SOT-MRAM中取代金属铁磁层，能有效提高SOT-MRAM的读写速度，降低器件功耗，提高器件的稳定性。
通过衬底在氧氛围下℃高温退火，消除加工产生的缺陷，形成更加清晰的表面，并在表面形成富氧界面。在温度为℃的衬底表面沉积Tm3Fe5O12薄膜，并自然冷却至室温，由于衬底对Tm3Fe5O12单晶晶格的拉应力，使Tm3Fe5O12薄膜具有强垂直磁各向异性。
同时，与传统技术脉冲激光沉积法相比，射频磁控溅射镀膜法是工业界常用的方法，能够制备更大尺寸的样品，降低制备难度，适用于工业界大规模生产。
问
团队完成这些项目的过程中，经历了哪些挫折困难，遇到了什么难题，是如何攻克的？
由GGG单晶衬底改用晶格常数更大的GSGG单晶衬底时，信号有明显改善，但仍不能完美地将薄膜磁各向异性的方向控制在垂直方向上。无论我们如何调整氩气氛围、降温速率、功率等条件，结果仍不理想。我们起初想到通过对衬底进行高温清洁，将GSGG单晶衬底在真空下退火，退火后得到的结果没有明显改善，我们想到磁控溅射沉积磁性绝缘体需要通入少量的氧气，那么衬底退火时通入氧气可能会有利于薄膜的沉积。经过摸索，我们确定在一个大气压的氧氛围下，℃退火6个小时，再进入磁控溅射镀膜设备中沉积样品，得到了具有强垂直磁各向异性的Tm3Fe5O12薄膜。
02
作品名称：纳特级张量磁特征智能检测系统
团队成员：罗佳铭、张家俊、李航丞
项目组采用深度冲击退磁—采样同步技术，研究张量磁特征采集理论，解决了传统磁测系统检测精度低、磁性空间特征信息少的问题。同时，针对传统磁测装置体积大、检测成本高、携带不便的痛点，开发了基于磁阻探头的便携式矢量磁测装置。项目组还通过搭建“地-空-云”三位一体测试平台和建立高兼容性智能检测系统，利用多信息融合技术，解决了传统磁测作业操作困难并且后期数据处理不完善等问题，为地质勘探、市政交通监测及军事探测等潜在应用提供定制化的解决方案。
基于传统航空磁探劣势与现有解决方案均不能满足要求，本项目拟以智慧交通为例，开展针对汽车磁场分布的验证性实验。通过对不同类型车辆周围磁场分布的测量，获取磁场梯度张量信息，再通过大数据分析，建立不同类型车辆的磁场模型。利用建立好的模型库，辅以无人飞行器的自主巡航功能，可将磁探应用于市政交通状况监测，减少大密度布置道路摄像头的高昂成本，此方案尤其适用于施工难度大、交通风险高的高速公路。
团队成员是如何协同合作完成这项发明制作的？
首先，基于巨磁阻效应研究了纳特级矢量磁传感器的关键技术；研制了原理样机；标定了三轴磁场测量仪；校正了三轴传感器的正交性；统计了噪声的功率谱密度等。
其次，针对目前行业中存在的测量物理量单一等痛点，研究了磁场梯度张量测量方法，由行业内普遍的测量磁场强度这一物理量拓展至具有5个独立分量、2个磁场张量不变量与多个矩阵特征的磁场梯度矢量。
同时，为解决磁场测量作业时的操作繁琐、成本高等问题，搭建地空云三位一体测试平台，本平台同时实现了时间与地理信息同步、云端数据同步、梯度张量运算、数据实时可视化等技术性突破。
最后，本团队调研应用场景，扩展眼界，针对不同磁性目标分析了其磁特征，从理论即典型目标的有限元仿真，到实践即验证性实验，最终完成典型应用场景的磁性特征分析。
我们团队分工明确，罗佳铭同学负责嵌入式系统的开发，张家俊同学负责电路硬件的开发，李航丞同学负责虚拟仪器测控系统的开发。对于搭建出纳特级张量磁特征智能检测系统，需要的不仅是丰富的实践动手能力，还有扎实的电磁场与传感器等理论功底，更要理解本项目的行业现状。本项目的技术路线如图所示。
03
作品名称：移动载物运动平台
团队成员：罗振文、张家俊
本项目旨在基于麦克纳姆全向轮技术和WIFI无线通信，搭建一款具有人机交互功能的全向避障载物移动小车。通过对小车机械结构如避震系统、轮组系统等进行选型及优化设计，解决传统载物平台运动方式单一、载重量少等问题；并优化控制策略和传感模块的使用，提高小车工作稳定性、鲁棒性及使用场所的兼容性。最终开发出易于控制，功能强大，安全性高的载物平台产品，实现在私人场地、仓储物流、引导服务等领域的广泛使用。
现在，无论国内国外已经有许许多多的机器人产品面向了市场，但一般市场上的机器人都是提前规划路径，为此我们想制作一款无需提前布置路径，通过人工示教来让平台记录位置便可自动规划路径的运送机器人，从而提高运送机器人使用的便利度。
轮座
小车实体车身
电源模块
小车轮组
你们发明小车的过程中有什么印象深刻的环节？
在创作过程中，为了制作小车的机械部分，我们向金工房的老师请教并实际设计制作了小车的部分零件。
04
作品名称：轨道交通波磨检测机器人
团队成员：刘星廷、许梓淇、方源、唐俊彦、李晴茹
钢轨波浪形磨耗是城市轨道交通的主要危害之一。传统维保中，工人在遇到波磨伤损时多仅凭借经验，通过目视判断伤损程度无法量化相关指标，导致伤损发展到比较严重的时候才被发现检修。
波磨检测机器人利用基于深度学习的波磨检测，通过激光测距传感器快速、连续地检测钢轨，获得钢轨表面磨损程度的量化数据，继而启动视觉检测，通过深度学习识别出钢轨上出现波磨的区域，完成检测后将图像结果与数据结果进行匹配，获得RGB-D图像，标识出钢轨表面波磨的区域及对应的伤损数据并上传至服务器。以此达到快速检测出钢轨伤损的目的，同时可以量化、保存波磨数据为进一步研究及灾害预防做出有利贡献。
关于波磨的检测一直是国内外轨道交通领域的研究项目，通过前期的文献查找与分类汇总，国内外研究学者对波磨的检测可分为两类：一是通过激光位移传感器检测波磨的相关研究，二是通过轴箱振动数据检测波磨的相关研究，目前未见深度学习与深度数据结合检测波磨的相关研究。
地铁检测工人通常基于波磨检测尺的测量数据和肉眼判断来对波磨做出判断，因此将深度数据与图像数据结合可以对波磨定量和定性，可以为检测工人提供更为准确的判断依据。
遇到最大的问题主要是在数据采集上面。地铁在半夜停止运营才可进入，我们作为学生白天需要上课，晚上要下地铁采集数据，工作强度还是比较大的。这个问题通过项目组伙伴轮班采集的方式解决了。还有像数据质量、数据清洗这些都存在一定的难度，但是在大家投入了大量的时间和精力后，问题都得到了解决。
05
作品名称：投影式夜间道路警示系统
团队成员：蓝山韵、潘佳禧、江阳光、余跃
投影式夜间道路系统由投影设备、支架、传感器等构件组合而成。本系统的功能是：使用LED射灯形成强透光性的图案，以及伪3D图像在视觉上形成立体的交通标识，增强驾驶员对其与路面的辨识度，对驾驶员具有较强的警示作用；当本系统在灯照不足、能见度低的地区使用时，本装置能够识别环境可见度并自动开启，利用文字、图案等伪3D图像提醒行人和驾驶员遵守交通规则，并引导行人和驾驶员按照次序移动。道路警示设备具有迭代速度快，设备使用量大的特点，市场前景较为广阔。
投影式夜间道路警示系统通过以交通杆为载体，采用LED二维（伪3D）投影技术，即投影图案在视觉上能形成伪3D立体的图形，具有更好的交通标识辨识度；透雾性好，雨雾天气中效果良好；节能环保，维护成本低廉等特点。本装置多种功能集合于一体，能够使交通信号系统更具多样性，扩大其使用价值。
请简要介绍一下完成该项发明制作团队的工作情况
实用新型专利受理通知书外观设计专利受理通知书
随后，进行模拟夜间情况的实验，验证方案是可行的。但是我们发现投影装置的具体摆放高度、角度，以及环境的明暗程度，对实际效果的影响较大，需要后续不断完善。
10月到11月，完成外观设计专利和实用新型专利申请。
实际投影效果光敏传感器
8月到9月，根据现有设计方案的需要，联系相关厂家购买材料，并将投影设备与多传感器融合，最大限度提高利用率（50w静止投影灯、三色投影镜片、传感器）。
年6月到8月，通过对前期市场调研的结果进行整合，由竞品分析总结设计思路，参考相关书籍、文献归纳出具体的设计方案，并由此利用Rhino制作投影设备效果图。
QA采访部分
Q
获得“晶体奖”科技创新奖学金有什么感想？
陈志仁：获得“晶体奖”科技创新奖学金对于我们团队来说代表着学校对我们本科生从事科研工作的认可。本科生能进入实验室做科研，在其他高校是一件很奢侈的事情，得益于我们学校注重实践、培养学生动手能力，我们才能在大学因为高级项目课程初入科研。在校内实习期间完成项目的实验并申报了“晶体奖”科技创新奖学金，在这里我们要感谢我们的指导老师，感谢学校、学院对我们的培养。
罗振文：我们有幸荣获“晶体奖”奖项，是学校对我们研究成果的认可，是鼓励我们秉持勇于创新、积极实践的理念继续开展创新研究的最大动力，体现了学校积极推动学生开展科技创新研究的培养宗旨。
针对科技创新，对其他同学尤其是学弟学妹提一点建议
蓝山韵：学弟学妹在大学期间要多结识志同道合的好友，试着培养感兴趣领域（如本专业）阅读期刊论文的习惯，并多和同学、朋友、老师探讨。要多