背景提升之加州理工科研项目

加州理工学院,简称“加州理工”,是世界顶尖私立研究型大学、公认的最为典型的精英学府之一。 加州理工在全球科技界久负盛名,其优势学科包括基础理科中的物理学、化学、天文学和空间科学等,还协助美国航空航天局(NASA)负责管理著名的喷气推进实验室。 今天小编要为大家介绍两个加州理工的科研项目。

加州理工学院探究项目:用于相位调制的金属-介质混合超构表面

课题简介
超构材料(Metamaterial)指的是一类具有特殊性质的人造材料,这些材料是自然界没有的。超构材料是一个跨学科的课题,囊括电子工程,凝聚态物理,微波,光电子学、经典光学、材料科学、半导体科学以及纳米科技等等。超构材料拥有一些特别的性质,比如让光、电磁波改变它们的通常性质,而这样的效果是传统材料无法实现的。

超构材料的成分上没有什么特别之处,它们的奇特性质源于其精密的几何结构以及尺寸大小。其中的微结构,大小尺度小于它作用的波长,因此得以对波施加影响。超构材料的奇异性质使它具有广泛的应用前景,从高接收率天线,到雷达反射罩甚至是地震预警。

该项目中,我们将学习超构表面的工作原理,运用布洛赫原理将模型简化并计算一种用于相位调制的金属-介质混合超构表面,深入理解幅度和相位调制等电磁特性。

科研方法

计算机仿真模拟

计算机仿真模拟是一种运用计算机软件建立抽象模型、模拟真实条件并进行分析的技术。与传统的实验相比,计算机模拟技术通过数学建模,解放了普通实验对于器材的苛刻要求,具有可多次进行、反复试错的优点。同时,由于计算机模拟技术黑箱化了复杂的理论推导与数据计算,能够以直观的方式呈现研究的成果,对于初次涉猎科学研究的高中生而言,也更为简单易学、容易上手。

例如:在设计外太空的卫星轨道时,受制于客观条件,科研工作者无法在地球上重现外太空的环境,因此,只能借助计算机强大的运算能力,对外太空的情况和卫星的轨道进行模拟、反复实验,并基于模拟实验的结果,完成科学的轨道设计。
授课导师
加州理工学院博士

多次以第一作者身份在optics express等重要期刊上发表学术论文

研究方向:电子工程、光学

课题要求
本课题适合: 9-12 年级学生,有较强的逻辑思维和抽象思维能力

英文
具备基本的学术英语阅读能力;
接触过英文写作,有论文写作经验者更佳;
数学:
统计基础;
微积分和线性代数基础;
计算机:
Python 基础 (基础数据结构、条件、循环、方法);
Numpy, Pandas, Seaborn, Scikit-Learn (了解这些工具的用途、如何利用技术文档即可,具体使用可以在课程中逐渐掌握)

加州理工学院科研课题:大型礼堂中的声学效应

课题简介
建筑声学主要研究如何在室内获得良好的声学效果(音质),如何在建筑环境中避免噪音的干扰和危害(环境噪声控制)以及如何提高声学效果、控制噪声过程中所需要考虑的各种建筑材料、构造、空间特性。中国建成著名的北京天坛皇穹宇,正殿和配殿都被一堵圆形回音壁环绕,墙高3.72米,直径61.5米,周长193.2米。可使微弱的声音沿壁传播一二百米。站立于皇穹宇第一块石板上击掌,可听到回音一声;于第二块石板上击掌,可听到回音两声;于第三块石板上击掌,可听到回音三声。

建筑声学是研究建筑环境中声音的传播,声音的评价和控制的学科,是建筑物理的组成部分。建筑声学作为建筑技术学科的一个分支,一方面要研究在室内如何保证一个很好的声响效果,另一方面要求降低和控制噪音,在当下越来越收到人们的重视。

本课题将通过计算机模拟来研究大型礼堂中的声学效应,将声学的研究置入到一个实体建筑中,用激励响应和快速傅里叶变化的方法评价礼堂结构对声场的影响。
科研方法
AI+X数据驱动型科研
AI+X数据驱动型科研是指使用人工智能(AI)算法,收集、处理、分析具体学科(X)的海量数据,并基于此进行预测,从而获得科学发现的研究方法。与传统的、基于实验或逻辑推理的研究方式相比,AI+X数据驱动型科研可以借助AI算法强大的运算能力,高效地进行大数据分析,具有投入产出比高、适用范围广的优点。
AI+X数据驱动型科研已被广泛地应用于各个领域,利用AI算法研究基因数据,从而进行早期的癌症筛查便是其中一例。基因组与癌症病患的数据千千万万,使用传统的科研方式对其进行分析,工程量大、过程繁琐,在客观上难以实现。但借助AI算法这一便捷的工具,生命科学家便能够以海量的患者的遗传信息为基础,建立数据库,与过往的研究成果进行对照,快速、准确地在两者中发现规律、建立联系,从而使癌症诊断的“标准化”成为可能。
授课导师
加州理工学院 博士

研究方向为电子工程,光学;

多次以第一作者身份在optics express等重要期刊上发表学术论文;
课题要求
本课题适合: 9-12 年级学生,有较强的逻辑思维和抽象思维能力

英文:
具备基本的学术英语阅读能力;
接触过英文写作,有论文写作经验者更佳;
数学:
偏微分方程
微积分
计算机:
计算机模拟
计算机绘图

以上内容就是小编今天介绍的两个加州理工学院的科研项目,大家如果对加州理工感兴趣的,可以参加看看,一定会对申请加州理工有很大的帮助的。

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