04.08 清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

用傳感器和網絡如何構建物聯網?智慧建築、城市混合體系應該如何設計?

iphone7聽筒上方為啥有一個小孔,臉靠近屏幕會暗,離開會亮?iPhone8採用的3D深度視覺在硬件端技術上是如何實現的?

通過參加兩門課程就可以知道這些問題的答案。為此,清華-伯克利深圳學院(TBSI)推出了兩門工業界課程,其中一門是智慧城市混合系統設計,另一門課程是科技前沿課程—VCSEL激光器與硅光子集成電路技術最新進展與應用。兩門課程都詳細介紹了上述兩個領域最新的研究成果和進展。

智慧城市混合系統設計系列課程在對學員進行簡單的相關編程教學之後, 通過體驗一些簡單的實例,讓學員邊動手操作邊深入瞭解如何使用傳感器和網絡構建一個完整的物聯網,從而實現端對端信息的傳輸與反饋。科技前沿課程圍繞垂直腔面發射激光器(VCSEL)和硅光子集成電路技術當前最新進展和應用,重點探討VCSEL激光器在局域網、高速數據中心、激光雷達和3D攝影等領域的應用前景。

兩門課程參與上課的教師基本都是伯克利加州大學、卡耐基梅隆大學、清華大學等國內外頂尖高校的教授和副教授。這些教師基本科研水平都處於本領域國際研究的最前沿,對各自領域最新的研究進展有很深的瞭解。在課程中,他們通過案例介紹、小組討論等形式,用生動、有感染力的語言將最新的研究進展介紹給參與上課的學員。

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

學員上課情況

學完這兩門課程後,學員們反響強烈。他們紛紛表示,學完這兩門課程後對物聯網、雲計算等新一代信息技術以及激光器(VCSEL)和硅光子集成電路技術有了全新的認識和全面的感知,對拓寬知識面大有裨益。TBSI 2015級博士生周天和TBSI 2016級博士生紀一鵬分別對智慧城市混合系統設計和科技前沿課程—VCSEL激光器與硅光子集成電路技術最新進展與應用給出了各自的評價:

TBSI 2015級博士生周天:上個暑假我有幸參與了智慧城市混合系統設計這門課程,課程以一個相當別開生面的方式開場,我們在老師和遠程專家的指導下用BeagleBone Black開發板自己搭了一個小的傳感器系統,讓我們對智慧城市的基石——傳感網絡有了一個直觀的認識。在接下來的課程中, Prof. Mosalam帶我們領略了土木工程這個傳統領域是怎麼被計算機技術、傳感網絡以及深度學習所顛覆的,是一門有趣有深度,動手動腦子的難得好課。

TBSI2016級博士生紀一鵬:常教授和郭教授都是IEEE fellow也都是VCSEL領域的大牛,所以此次課程吸引了很多來自工業界的工程師和企業技術人員。還有一些學員特地從其他地方飛到深圳來參加這次課程。由於各位學員都具有比較專業的技術和實際的生產經驗,教授們講授起來也很輕鬆,現場氛圍很好。提到VCSEL的應用,郭老師就舉例了VCSEL取代led應用於鼠標,以及蘋果的faceid技術。常老師也很幽默,對於VCSEL的另一個應用——激光雷達,常老師舉例了她計算警察手裡的激光雷達所檢測的最大距離來避免罰款,我們都覺得常老師學以致用,她的研究也是緊緊地和產業相結合。現場學員也提出了很多專業性的問題,這些問題都和他們的工作相結合,教授們也都進行了解答。

TBSI工業界課程系列(一)

智慧城市混合系統設計

課程背景

從技術發展的視角來看,智慧城市的建設依賴於以移動技術為代表的物聯網、雲計算等新一代信息技術實現的全面感知。在課程開展前,將先開展為期兩天的關於物聯網和傳感器技術應用的沙龍。在簡單的相關編程教學之後, 通過體驗一些簡單的實例,讓學員邊動手操作邊深入瞭解如何使用傳感器和網絡構建一個完整的物聯網,從而實現端對端信息的傳輸與反饋。

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

課程設計

各類建築結構是城市的主體,本課程將圍繞智慧建築結構的設計、數值模擬、基於數據的結構健康監測以及基於可持續性和可恢復性的體系性能分析幾個角度來講述如何構建智慧建築結構以及智慧城市混合體系。

PART 1

建築結構的模型建立以及力學性能分析是智慧建築設計的第一步。由此,課程初期將以建築結構的力學特徵為基礎,簡單地介紹結構動力學以及如何採用有限元法建立數值模型。此外,相對於有限元建模分析,也將會介紹一系列實體實驗的方法作為補充。

PART 2

在現今物聯網技術的應用中, 大量的數據對於整個物聯網的性能提升起到了至關重要的作用。在課程的第二部分,將著重介紹數據處理,移動傳感器網絡設計以及基於傳感器數據的智慧建築結構健康檢查技術。此外,該部分還將涵蓋一些應用機器學習和深度學習的工程案例分析。

PART 3

城市的可持續發展一直以來都是我國的重點戰略目標,因此本課程的第三部分,將著重介紹基於可持續性和可恢復性的體系性能分析,通過學習風險評估、可靠性分析、決策制定等方面來實現對整個智慧建築、城市混合體系的綜合設計。

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

授課教師簡介

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Khalid Mosalam

伯克利加州大學土木與環境工程系Taisei講席教授、太平洋地震工程研究中心主任、清華-伯克利深圳學院教授。他的研究領域涉及結構性能分析和結構健康監測。他積極參與基礎設施的評估和修復,例如橋樑和變電站,以及與建築節能和可持續發展有關的研究。他的研究包括大規模的計算和實驗,比如混合模擬實驗。他是2006年ASCE Huber土木工程研究獎獲得者,2013年伯克利加州大學公共服務校長獎,以及2015年EERI Earthquake Spectra最佳論文獎。

授課教師簡介

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張林

清華大學長聘教授,目前擔任清華-伯克利深圳學院共同院長,是物聯網、傳感器信號處理領域的專家,IEEE Senior Member,其科研成果曾獲得IEEE Sensys 2010最佳技術展示獎、IEEE CASE 2013最優論文獎、IEEE IPSN 2014最佳技術展示獎、中國-歐盟Dragon Star Innovation Awards 2015。研究涉及無線傳感器網絡的各個方面,包括系統體系結構、協議設計與性能優化分析、傳感信息的提取與處理等領域,他重點研究應用統計信號處理、機器學習和信息論工具,解決海量傳感數據的傳輸以及從中提取有效信息的計算傳感問題。他的研究得到了中國自然科學基金委、科技部863計劃、重大專項計劃的資助,還得到了來自企業界的支持。

授課教師簡介

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

張旆

卡耐基梅隆大學電子信息與計算機工程學院副教授。他於2002年在加州理工大學獲得學士學位,2008年在普林斯頓大學獲得電子工程專業博士學位。在普林斯頓就讀期間,他研發了首個被實際部署的無線自組織移動傳感器網絡——ZebraNet,用於肯尼亞的斑馬行跡跟蹤。他近期的工作包括SensorFly(基於傳感節點的自主微型無人機群)以及MARS(肌肉活動識別)。除了研究刊物的發表,他的工作曾被包括CNN, Science Channel, Discovery Channel, CBS News, CNET, Popular Science, BBC Focus在內的知名媒體予以專題報道。他也是初創公司Vibradotech的聯合創始人。另外,他曾獲得諸多榮譽,如NSD CAREER(美國國家科學基金會傑出青年研究獎), Google faculty awards, Edith and Martin B. Stein Solar Energy Innovation Award, and a member of the Department of Defense Computer Science Studies Panel.

授課教師簡介

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

Hae-Young Noh

卡耐基梅隆大學土木與環境工程系助理教授,同時也是電子與計算機工程系客座助理教授。她在美國斯坦福大學土木與環境工程系取得了博士和碩士學位,同時在電子工程系取得了第二碩士學位。她於2013年獲得了谷歌教師研究獎,以及於2017年獲得了國家科學基金職業獎。她的主要研究方向是間接傳感技術, 使用統計學上的信號處理以及機器學習等相關技術來推測動力系統的信息,尤其是對於智能建築結構和體系的算法開發 ,來實現節約能耗、提供安全可行、可持續化的環境,從而提升人們的生活質量。她目前的研究項目包括基於車輛的結構檢測和基於房屋振動的人類以及環境的感測。

TBSI工業界課程系列(二)

VCSEL激光器與硅光子集成電路技術最新進展與應用

課程背景

VCSEL全稱為垂直共振腔表面放射激光(Vertical Cavity Surface Emitting Laser, VCSEL),簡稱面射型激光,是光纖通訊所採用的光源之一。由於其具有有體積小、價格低廉、易集成為大面積陣列等優點,廣泛應用於光通信、光互連、光存儲等領域,是目前市場上手機、大容量交換設備和傳輸設備等數據通信網和通信設備的常用光源,也在激光打印,激光照明、3D掃描、汽車傳感、條碼掃描器等領域有廣闊的應用前景。

VCSEL基本原理就是傳遞空間三維信息,三維識別、手勢識別、虹膜識別、無人駕駛激光雷達等許多我們熟悉的應用都通過它得到實現。它擁有許多優點,比如體積小,隱藏在蘋果7聽筒上方的僅有不到1毫米×1毫米的面積,但相對其他激光器它對技術要求更高、更嚴。

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

硅光子技術

硅光子技術是一種基於硅光子學的低成本、高速的光通信技術,用激光束代替電子信號傳輸數據,實現計算機和其它電子設備之間的光信息發送和接收。隨著數據通訊在視頻和移動驅動下的爆發式增長,功率效率更高、體積更小、成本更具優勢的高速互聯技術成為各大互聯網內容提供商的迫切需求。硅光子極可能成為光子集成電路的經濟有效的先進技術,從而解決包括高性能光纖網絡、數據中心連接、信號處理、以及生物和化學傳感等在內的應用難題。

授課教師簡介

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

常瑞華(Connie Chang-Hasnain)

美國國家工程院院士、伯克利加州大學工學院副院長、納米科學與工程學研究組主任、電子工程與計算機科學系Whinnery講席教授,清華大學“長江特聘計劃”特聘教授,清華-伯克利深圳學院共同院長。她的研究領域涉及垂直腔表面發散激光、微電機系統(MEMS)可調諧光電子設置,以及納米物質和納米光電子器件,發表或合作發表了近500篇論文,參與了8本書的編寫,擁有39項專利。常教授獲得許多國際獎項,包括聯合國教科文組織頒發的納米科學和納米技術勳章、IEEE David Sarnoff Award 成就獎、國際半導體化合物大會的量子研究獎、IEEE William Streifer 科學成就獎、OSA Holonyak 成就獎、古根漢研究員獎、德國洪堡科研獎、潘文淵基金會科研傑出獎等十餘項獎項。2007年至2012年,她曾任Journal of Lightwave Technology光波科技月刊總主編。

授課教師簡介

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

郭浩中

臺灣新竹交通大學終身特聘教授,電子科技大學“長江學者獎勵計劃”講座教授,清華-伯克利深圳學院教授,從事半導體激光器,III-V半導體材料混合物和器件研究超過18年,取得了許多傑出的科學成就。是半導體光電子學的全球領軍人物。郭教授為垂直腔面發射激光器(VCSEL)、藍光及紫外線激光器、發光二級管(LED)方面做出了重大貢獻。他率先研究了III-V族和III族氮化物VCSEL,並展示了第一臺室溫GaN基VCSEL,實現了這一領域的真正突破。他曾獲得多項獎項,包括2007年青年研究員獎,2007年國家科學委員會臺灣吳大猷博士獎(前1%名的年輕研究員)、第十一屆微光會議(MOC)貢獻獎,並擔任第十屆MOC計劃委員會主席(2011年)。

授課教師簡介

清華-伯克利深圳學院精品課程系列(一)!

付紅巖(Freddy Hongyan FU)

清華-伯克利深圳學院副教授,主要從事光電子集成器件,光纖通信,光纖傳感,量子通信等技術領域的研究。2010年至2017年4月,參與創建華為中央研究院光通信技術研究團隊,並作為主要負責人,全面負責該大型項目的多團隊、多部門、全球多地域技術研究管理,主導前沿技術研究。曾擔任華為全光網絡(AON)項目的項目經理,該項目聚焦下一代光通信技術,同時也是華為首個大型硅光子技術探索項目。其隨後發展為公司旗艦研究項目,引領下一代光通信技術發展, 護航華為在未來光通信領域的領導地位,涉及骨幹網、城域網、接入網、數據中心網絡等應用領域的光電技術。發表或合作發表了50多篇國際雜誌或會議論文,擁有授權/待批的美國/中國專利近20項,並擔任十多個國際期刊審稿人。


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