【智擎学者】让机械臂学会优雅演奏,她说“科研可以很有趣”

作者:谢蕴摄影:受访者提供 视频: 来源:校融媒体中心发布时间:2026-08-01

2023年,安家僖进入复旦大学德语系学习。因为对数理科学的热爱,一年后,她转入航空航天系。在文理之间穿梭的安家僖,其学术探索更像是一场随性而有趣的探险:德语音乐剧赏析、生成式人工智能的性别偏见、小提琴机械臂的设计……每一次探索,都是一次跨界的尝试。

“以前没想过会做科研,但是在大学里做的许多事情最终把我推到了这里。”对科学的追求,她从未停止,也一路收获着快乐。日前,她凭借“小提琴自动演奏机电系统设计”项目荣获“智擎学者”称号。

科学研究也可以很有趣

安家僖在第五届全国高校德语专业本科生学术创新大赛上。

大一时,安家僖就凭借对黑塞音乐剧的研究,在第五届全国高校德语专业本科生学术创新大赛中荣获一等奖。尽管外国语言文学学院的生活丰富多彩,她却时常因无法学习数理而感到遗憾。

“我很喜欢高中物理老师,所以我愿意多学一点物理。”因而,不管从哪里回宿舍,安家僖总要绕到恒隆物理楼前转一圈。“或许,我潜意识里就想离物理更近一些。”

了解到转专业政策后,安家僖在大一学年决定转入智能机器人与先进制造创新学院的飞行器设计专业。“我喜欢力学,更偏好传统工科。而且,航空航天听起来就很酷。”在转入前的过渡时期,她联系航空航天系童崎教授开始了初步的科研尝试。研究对象是当时网上爆火的“糖饼游戏”。

糖饼游戏里,参与者需要在指定时间里用针将硬糖上的图案完整抠下来,抠坏了或超时算失败。“我很好奇抠糖饼过程中的受力情况,所以就想用科学方法分析。”在博士师兄的指导下,安家僖开始了一项小研究。然而,因太久未接触数理知识,初次探索磕磕绊绊。但在这期间,她进一步明确了自己的方向。在看到“复芏计划”里的文科跨理工科开放项目后,她便去联系了心动的导师。

“当时我看到那个生成式AI对于东亚女性的偏见研究,我感觉很有趣。”进入课题组后,在新闻学院蓝星宇导师的指导下,安家僖开始完整地经历科研的全过程。“从研究方法的选择,到如何查阅文献,以及研究思路的梳理,老师都给了我全面的指导。”

蓝星宇老师(第二排右三)、安家僖(第一排中间)

最终,她的研究论文“Imagining the Far East: Exploring Perceived Biases in AI-Generated Images of East Asian Women”被人机交互领域的顶级会议接收。在导师的带领下,安家僖前往日本参加了学术会议。

会上看到的形形色色的新奇发明,刷新了她对于科研的认知。“比如有个研究是把一些纸牌放在一张柔膜上,通过超声波的震动控制它的站立姿态。虽然现在看上去就像个小玩具,但说不定哪天会被用到什么地方。”听着与会学者热情地介绍各自的研究,安家僖也深受感染。“这就是我心中理想的研究方向,希望有一天我也能做出这么有趣的东西。”

“做一架机械臂陪我学小提琴”

2025年春季学期,安家僖选了郭明旻老师讲授的“机电系统原理及实践”课程。课上,同学们在老师和助教指导下,进行基础的机器人搭建。正在学习小提琴的安家僖,组建了一支研发小提琴演奏机械臂的团队。“在这过程中,分析拉琴时人手的用力方式,可能对我自己学琴也有帮助。”

设计草稿。

此前,安家僖并没有机电系统设计的经验,这意味着一切工作都要从零开始探索。怀揣着满腔热情,她在这款机械臂上投入了大量心血。不知多少个夜晚,她都在灯火通明的实验室里调试机械臂,直到晨光来访。有时候,坚硬的机械会夹到她的手指,痛得她龇牙咧嘴。

小提琴被认为是最难学的几种乐器之一。舞台上一曲优美动听的乐章,背后往往是数年的坚持和汗水。其中,音准的把握尤其困难,需要演奏者凭手指触感在指板上精准定位——而对于机械臂来说,这完全不是问题。

“左手的击弦位置通过程序设计好,机器就不会出错。”团队针对按弦动作,设计了一套高效的信号编解码规则,将乐谱指令解析为具体的舵机动作序列,找到了实现预想功能的办法。

而负责拉弦的右手设计则更具挑战性。弓与弦的相互作用是产生声音的物理基础,其力学特性直接影响演奏的稳定性与音色表现。这一过程需要调动右手的腕关节、肘关节和肩关节,并需要骨骼肌的默契配合。如果力量不对,拉小提琴瞬间变成“锯木头”。

前期工作中的小提琴机械臂实物图。

经过和队员们的讨论,安家僖取消了腕关节的设计。这一决定极大优化了控制系统。当亲手制作的机械臂笨拙但成功地演奏出《小星星》时,安家僖感受到巨大的成就感。然而,她并不愿意止步于此,“这个学期时间很紧张,出来的产品比较粗糙,后面我们还想继续迭代。”

新工科赋能持续研究

去年四月,学校高质量推进建设智能机器人与先进制造创新学院。“学院成立后,我可以更多地接触其它专业的老师和同学,了解了更多的前沿研究。”安家僖欣喜地说道。

在评选卓越奖学金时,安家僖团队设计的小提琴演奏机械臂被张力群老师推荐参与登辉项目展。在展览上,老师们鼓励她继续推进工作,并提供了许多针对性指导。

舍弃腕关节设计虽然简化了机电系统,但同时也缩小了机械臂的运动范围,并难以实现连弓等表现。此时,接触了更多新工科知识的安家僖也有了更好的研究思路。她认为,原有的方案成本和复杂度都太高,不如直接放弃仿人结构路径,而是从运动学本质出发,对小提琴演奏动作进行分解与抽象。

左手按弦模块。

“拉弓本质上是一个直线运动,换弦则对应琴弓在弓弦接触点附近的定轴转动。”团队决定采用结构更简单、控制更直接的机械形式来实现这些功能,例如使用直线滑轨完成拉弓动作。同时,左手按弦模块中也可以引入滑轨结构,实现换把操作以拓展音域。

原设计。

迭代后。

“我希望以后可以把这个课题做大,说不定我可以自己带领一个团队,独立开展一项研究。”

以旗为炬,向光而行

安家僖的领导力不仅体现在科研上,她还是复旦大学国旗护卫队的队长。刚步入大学校园时,陌生的环境曾让她非常不安。而加入国旗护卫队,给了她一份强烈的归属感。“第一次参加训练时,老队员们看到我就热情地打招呼,他们温暖的笑容驱散了我的顾虑。”

无论是日常辛苦的训练,每周的升旗活动,还是不定期外出比赛,国旗护卫队的大家始终同甘共苦,紧紧团结在一起。如今接任队长,安家僖希望把这份温暖继续传递下去,同时带领护卫队走向更广阔的舞台。

2025年8月17日,为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年,复旦大学国旗护卫队应邀联合香港青少年军总会、清华大学学生国旗仪仗队,在香港金紫荆广场共同举行升旗仪式。当他们有力的步伐经过紫荆花雕塑时,既展现出青年学子的责任与担当,也为香港注入了团结与希望的力量。

对安家僖来说,国旗护卫队值得她倾注所有心血。在她任期内,护卫队不仅多次走出校门,在同济初级中学、复旦二附中等学校交流,在杨浦社区内传承漆扇文化,还征战2025年中国大学生国旗护卫队展示赛,荣获东部赛区三等奖。

“我做的很多事情一开始都没有功利性,但不知不觉中感觉自己成长了很多,也找到了自己喜欢的研究领域。”未来,她将继续在自己向往的科研道路上奔跑,热爱就是她不竭的燃料。

制图:实习编辑:梁俊怡责任编辑:李斯嘉

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