香港中文大學導師歐國威申請攻略

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碩博申請 @ 香港中文大學（CUHK）

01 · 導師簡介

歐國威教授現任香港中文大學機械與(yu) 自動化工程係教授,以及創新香港研究聯盟多尺度醫療機器人中心的創始聯合主任。他分別於(yu) 1997年和1999年獲得香港中文大學機械與(yu) 自動化工程學士和碩士學位,2007年獲得麻省理工學院機械工程博士學位。

歐教授曾在麻省理工學院生物機電組與(yu) Hugh Herr 教授等合作發明了麻省理工學院動力踝足假肢,該發明後來由 iWalk 公司商業(ye) 化。2016年加入香港中文大學之前,他曾擔任直覺外科公司新產(chan) 品開發部的係統分析經理。

在直覺外科,他參與(yu) 發明並領導了多個(ge) FDA 批準的達芬奇手術係統,包括單孔手術平台、帶腕針驅動器的單孔平台等,這些平台自2012年12月正式推出以來,已有超過10萬(wan) 名患者接受了單切口手術。此外他還是直覺外科的機器人輔助導管係統 ION 早期開發的創始團隊成員。

02 · 導師研究概況

歐教授的研究方向主要包括:醫療機器人、仿生機器人、控製係統設計、機電係統開發等。目前主持的項目有:軟體(ti) 機械臂的設計與(yu) 控製、達芬奇研究套件(dVRK)的控製算法與(yu) 軟件架構開發、疝修複手術的先進機器人器械開發、狹小空間手術的高性能柔性機器人係統設計與(yu) 控製、欠驅動機器人係統的設計與(yu) 控製等。

他已發表同行評審期刊和會(hui) 議論文48篇,獲得美國專(zhuan) 利17項,歐洲專(zhuan) 利3項,另有3項美國專(zhuan) 利正在申請中。曾獲得多個(ge) 獎項,包括2007年美國機械工程師學會(hui) (ASME)學生機構設計大賽一等獎,2010年直覺外科問題解決(jue) 獎,2011年直覺外科發明家獎等。

03 · 研究解析

在 IEEE 機器人與(yu) 自動化匯刊上發表了關(guan) 於(yu) 單輪機器人的建模與(yu) 控製的論文,對提高單輪機器人的機動性做出了貢獻。

在 IEEE 機器人和自動化雜誌上發表了動力踝足假肢的設計研究,闡述了如何通過串聯和並聯彈性元件改善假肢性能。該研究為(wei) 下肢假肢的設計提供了重要參考。

在 IEEE 生物醫學工程匯刊上發表了一種用於(yu) 顱骨手術的手持式鉸接鑽頭的設計與(yu) 實驗驗證,可大幅提升手術器械在狹小顱骨空間內(nei) 的靈活性。

在 IEEE 機器人與(yu) 自動化快報上發表了欠驅動機械手抓取變形物體(ti) 的非固定觸點操控算法,可顯著提高機械手操控柔性物體(ti) 的能力

04 ·需做哪些申請準備？

申請歐教授的博士生可能需要具備以下條件: 機械、自動化、電子、控製等相關(guan) 專(zhuan) 業(ye) 碩士學位,有機器人或手術機器人研究經驗者優(you) 先

掌握常用的機器人建模與(yu) 控製方法,有 ROS、dVRK 使用經驗者優(you) 先

熟悉 C++/Python 編程,有軟件開發項目經驗

英語流利,能用英語做學術交流

在 IROS、ICRA 等知名會(hui) 議發表過論文,或在 IEEE TRO、IEEE TMech 等機器人領域權威期刊發表過論文者優(you) 先

申請時一般需要提交材料包括:個(ge) 人陳述、推薦信、成績單、語言成績、發表論文等。具體(ti) 要求可查看中大機械係網站。此外與(yu) 歐教授郵件溝通表達申請意向也很有必要。

05 ·導師近年招收學生情況

根據歐教授實驗室網站及其發表論文合作者信息,近年新招收的博士生約為(wei) 每年1-2名。學生畢業(ye) 去向以高校教職和業(ye) 界研發崗位為(wei) 主。

06 ·研究想法舉(ju) 例

歐教授在醫療機器人和欠驅動機器人係統方麵有豐(feng) 富的研究經驗,他領導團隊開發了多個(ge) FDA 批準的達芬奇手術係統,又主持了柔性機器人、欠驅動機器人等項目。他發表的論文涉及醫療機器人、動力假肢、機器人控製等課題。

在此基礎上,想到一個(ge) 研究方向,即"麵向複雜手術環境的多模態感知與(yu) 控製的柔性機器人係統"。具體(ti) 研究內(nei) 容如下:

手術機器人要在狹小複雜的人體(ti) 內(nei) 部工作,對其感知、建模與(yu) 控製提出了極高要求。目前大多數手術機器人屬於(yu) 剛性機構,柔性程度有限,且缺乏對複雜環境的感知與(yu) 自適應能力。

本研究擬開發一種全新的柔性手術機器人係統。其創新點包括:

采用軟體(ti) 材料與(yu) 柔性驅動,結合機器人、機構學、材料學等交叉原理,實現機器人的高柔順性和多自由度。

融合視覺、力觸覺、超聲等多模態傳(chuan) 感,並研究複雜軟組織環境的建模方法,實現機器人對手術環境的全麵感知。

研究柔性機器人的生物啟發控製策略和人機協同操控方法,實現對含未知因素環境的自適應控製。

搭建軟組織操作的試驗平台,開展動物實驗,評估所開發機器人係統的性能。

本研究的難點在於(yu) 柔性機器人建模與(yu) 控製的複雜性,以及醫學環境感知的不確定性。但如能突破,將開發出一種全新的、具有革命性的手術機器人係統,在腦外科、心外科等領域具有廣闊應用前景和巨大的社會(hui) 效益。

07 ·師兄師姐有話說

隨著人口老齡化和醫療需求的增長,醫療機器人正成為(wei) 一個(ge) 蓬勃發展的研究領域。以歐國威教授的研究為(wei) 基礎,可以在以下幾個(ge) 方麵進行創新探索:

一是開發更加微型化、智能化的手術機器人。利用先進的微納製造、柔性驅動、智能感知等技術,研製出可以在血管、神經等微創環境下自主工作的手術機器人,實現超常規的手術操作。

二是將人工智能與(yu) 手術機器人深度融合。通過機器學習(xi) 算法分析手術大數據,讓機器人從(cong) 專(zhuan) 家醫生那裏學習(xi) 手術經驗和策略,輔助甚至部分取代醫生完成手術決(jue) 策和操作,提高手術質量,降低醫療成本。

三是麵向家庭和社區的康複機器人。利用柔性可穿戴機器人輔助老年人和殘障人士進行日常活動,同時嵌入物理治療師的訓練模式,指導患者進行康複鍛煉,幫助他們(men) 恢複身體(ti) 機能。

四是生物醫學機器人。通過仿生學設計和生物材料,研製類人體(ti) 組織器官的仿生機器人,用於(yu) 藥物篩選和外科手術訓練,加速新藥和新術式的開發與(yu) 應用。