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人工智能赋能活性颗粒过程建模调研报告

申报人:陈锡忠 申报日期:2025-05-29

基本情况

2025年本科生暑假科研见习岗
人工智能赋能活性颗粒过程建模调研报告
创新训练项目
工学
化工与制药类
创新类
化学化工学院
陈锡忠
指导教师
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  1. 活性物质与 AI 基础学习(第 1-4 周)
    • 系统学习活性物质基础理论:通过精读文献(如上述元综述),理解主动颗粒、集体动力学、非平衡统计物理等核心概念,梳理活性颗粒(如细菌集群、人工微机器人)的运动规律与建模方法。
    • 人工智能基础入门:学习机器学习(如神经网络、强化学习)和数据驱动建模的基本原理,重点掌握 Python 编程(数据处理、可视化)及基础 AI 工具(如 TensorFlow/PyTorch)的使用。
  2. AI 在活性颗粒建模中的应用调研(第 5-8 周)
    • 调研文献中 AI 赋能的典型案例:分析机器学习如何用于活性颗粒的轨迹预测(如基于深度学习的群体行为建模)、相分离过程模拟(如 motility-induced phase separation, MIPS)、或实验数据的智能分析(如微机器人运动轨迹的特征提取)。
    • 参与小组讨论,梳理 AI 方法(如神经网络、流体力学模型与 AI 的结合)在解决活性物质难题中的优势与挑战(如非平衡系统的热力学建模、多尺度耦合问题)。
  3. 实践:完成小型 AI 建模尝试(贯穿全程)
    • 在导师指导下,尝试用 Python 实现简单的 AI 模型(如基于循环神经网络 RNN 预测活性颗粒集群的动态行为,或用卷积神经网络 CNN 分析文献中的实验图像),并对比传统物理模型与 AI 模型的差异。
    • 整理调研成果,形成图文并茂的综述报告,重点阐述 AI 如何提升活性颗粒过程建模的效率与精度。
  1. 知识基础(无需专业背景)
    • 数学基础:掌握微积分、线性代数的基本概念(用于理解物理模型和 AI 算法)。
    • 英语能力:能借助工具阅读英文文献(岗位提供文献精读指导)。
  2. 素质与兴趣
    • 对交叉领域(如AI + 科学计算)有强烈兴趣,愿意探索 人工智能的前沿问题。
    • 具备自主学习能力和好奇心,能在导师指导下完成文献阅读与小型编程任务。
    • 工作认真负责,能按时完成阶段任务(如每周提交学习笔记、阶段性汇报)。

    课题组将为你提供固定办公工位及电脑,依据表现可给予适当研习津贴。

    这是一次用 AI 思维重新理解 “生命与物质运动” 的机会,期待对交叉学科充满热情的你,在两个月里解锁科研思维,搭建起连接人工智能与活性世界的桥梁!

    在实践中成长,用成果见证进步

    1. 过程性考核(占比 70%)
      • 文献阅读报告:每周提交 1 篇文献精读笔记(提炼核心观点、绘制概念图或流程图)。
      • 学习日志与小组讨论:记录编程学习进度、模型调试过程,参与每周组会汇报,展示对 AI 建模方法的理解(如用 PPT 讲解某篇文献中的 AI 模型架构)。
    2. 成果性考核(占比 30%)
      • 综述报告:完成一篇 3000 字左右的综述文章,结构包括:活性物质基础简介、AI 建模方法分类(如监督学习、无监督学习在其中的应用)、典型案例分析、未来发展展望,要求逻辑清晰、图文结合(可参考上述文献的分类方式)。
      • AI 建模实践展示:用 Python 实现一个简单的 AI 模型(如基于 LSTM 的活性颗粒运动预测),提交代码文件及结果分析报告,说明模型原理、数据处理过程及与物理模型的对比结论。
    3. 加分项(激励创新)
      • 若能在综述中提出 AI 与活性物质建模的新构想(如结合强化学习优化颗粒群体控制策略),或在实践中实现文献中未提及的模型改进,可获得额外津贴奖励。

    选题成员

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    指导教师

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