榜样之音丨周冉:勇毅前行 无问西东 - 机械工程系优秀研究生专访

文摘   2024-12-17 11:19   北京  


周冉

2024年清华大学特等奖学金、2024年国家奖学金获得者。机械工程系机械电子工程研究所2020级直博生,师从胡楚雄教授。研究方向为机电系统精密/超精密运动控制,累计发表SCI/EI论文12篇,其中以第一作者/学生一作身份在IEEE/CAA JAS、IEEE TII等期刊发表SCI论文5篇、EI论文3篇,形成1篇ESI高被引论文、1次国际会议最佳论文奖,撰写并发表光刻机发展前沿综述。曾任机械系党委学生工作组副组长、2020级本科生带班辅导员、机20党支部书记。曾获研究生国家奖学金、清华大学博士生未来学者奖学金、清华大学学生年度人物、清华大学蒋南翔辅导员奖、清华大学优秀共产党员等荣誉。


01

在科研探索中一往无前


作为机械系的博士生,周冉希望自己的研究能够为解决我国“缺芯片”“缺智造”的卡脖子问题贡献绵薄之力,因此选定机电系统精密/超精密运动控制作为自己的主要研究方向。精密/超精密运动控制在光刻机工件台、多轴运动系统、机器人等相关领域有着广泛且关键的应用,但研究方向数学功底要求高,周冉往往需要阅读多篇文献才能弄懂一个定理的证明,也在仿真和实验中经历了一次次报错、失败与再尝试。功夫不负有心人,大量的理论推导和实验尝试,与导师胡楚雄教授和师兄的不断交流讨论,终于为周冉的科研之路带来了一些突破。

周冉在调试实验设备

在精密运动控制领域,传统的迭代学习控制ILC对于重复性轨迹跟踪任务具有公认的高精度,基本能够反映运动系统所能达到的精度上限。但是,现有迭代学习算法难以在实现极高精度的同时,兼顾高轨迹泛化性和强鲁棒性。针对这一痛点,周冉思考能否使用一种基于实时跟踪误差预测、实时轨迹补偿的思路,直接在系统运动过程中,在线地预测后续时刻的运动误差,并据此来在线地确定后续时刻最优的控制补偿量,实现对误差的在线提前抑制。基于这一想法,在导师的指导下,他创新性地提出实时迭代补偿控制(Real-time Iterative Compensation, RIC)理论,从理论上证明了其稳定性、收敛性和最优性

为了保证所提理论能够在不同类型机电系统、不同运动场景中均取得优异的实际效果,周冉进一步提出了基于神经网络预测的智能GRU-RIC前馈控制方法、面向光刻机工件台的控制量前馈型RIC方法、超精密多轴运动系统在线学习-自适应-鲁棒控制策略,将理论转化为实际有效的技术方法。系列方法在滚珠丝杠、气浮、压电等多种精密/超精密运动平台上均取得优异的控制效果,达到与ILC相同的精度同时,做到了高轨迹泛化性、强抗扰性和自适应性的兼顾,具有优异的综合控制性能和良好的实际工业应用前景。

周冉和导师胡楚雄教授在IEEE ICIEA颁奖现场合影

周冉在IEEE Fellow Ren C. Luo教授来访清华时合影

在导师胡楚雄教授的悉心指导下,周冉长期的坚持与耕耘得到了收获,他以第一作者/导师一作身份发表SCI论文5篇(4篇IF>10&中科院一区Top期刊)、EI论文3篇,形成1篇ESI高被引论文,并以学生一作身份撰写光刻发展前沿综述。为了拓宽国际视野,周冉曾前往UC Berkeley杰出教授、机电学科创始人之一、IEEE/ASME终身会士Masayoshi Tomizuka教授实验室开展学术交流,合作发表高水平学术论文;周冉也多次在国际学术会议上作口头报告,并在挪威召开的2024 IEEE ICIEA (CAA-A类会议)上获评最佳论文奖(国内唯一获奖者),得到IEEE Fellow、IEEE TII期刊前主编Ren C. Luo教授等评委的高度认可,相关成果被清华新闻网报道。


02

在社工服务中育人助己


“双肩挑”辅导员制度是清华的传统,2020年博士入学起,周冉便一直在带班辅导员的岗位上,陪伴、引导、见证着机械系零字班同学的成长。通过“纵到底、横到边、全覆盖”的工作方式,周冉书写了在“双肩挑”中育人助己、与同学共同成长的故事。

周冉和零字班本科生在毕业典礼现场

四年前,在报名辅导员时,周冉便在心中立下了这样的决心:“我要成为一名带班辅导员,而且要带就带4年,在他们成长道路上一路相伴。”自此,四年的带班工作中,周冉根据同学的经历和成长路径,总结了大一到大四“适应探索→蓄能分化→冲刺定型→收获决定”的不同时期学生特点,针对性开展学风建设、情感建设、个体辅导、推研指导等工作。

长期的带班工作,也让周冉能够清晰地认识到同学的需求,使他在后来兼任学生组副组长的一年多时间中,更知道如何为本科生提供优质资源,全方面多维度地构建机械系本科生成长的第二课堂。如今,一份承诺,四年坚守,周冉见证了零字班同学从入学时的青涩懵懂,到毕业时独当一面的蜕变,与同学一起成长、与辅导员战友们一起奋斗的时光,提升了周冉的综合素质和能力,也构成了他博士生涯珍贵的一段回忆。

四年来,周冉的辅导员工作取得突出成效,所带学生推研率超过90%,所带班级获清华大学毕业生先进班集体、本科生先进班集体等校级荣誉7项,所带党支部获清华大学本科生先进党组织(党支部)。基于上述成绩,周冉个人获评清华辅导员最高荣誉—蒋南翔辅导员奖,同时获得清华大学学生年度人物、清华大学优秀共产党员、清华大学优秀本科生党建与思想政治工作者(党支部书记)等荣誉。


03

在体育运动中蓄力赋能


在清华“育人至上,体魄与人格并重”体教观的影响下,周冉在研究生阶段坚持体育锻炼,既通过体育运动强健体魄,又将体育中所学的坚持与不服输的精神迁移到科研工作中,在身体和精神两方面助力自己的科研和工作。

尽管平时科研和社会工作压力大、任务多,作为清华大学乒乓球队的一员,周冉仍然坚持参加每周的两次校队训练,并将其视为释放压力、增加活力的最佳渠道。在球队比赛任务临近时,周冉和队友一起进行加练,训练频率达到一周六练,以最好的状态来备战比赛。2021-2023年,周冉连续两年担任清华大学乒乓球队队长,在保证每周高强度训练、提升自己的竞技水平的同时,帮助带队教师进行日常的事务管理,带动着队伍一起成长、进步,同时也积极参与校园体育活动,与大家分享清华体育的传统和精神。

周冉参加乒乓球比赛和各项校园体育活动

在最近举行的全国阳光杯乒乓球比赛中,周冉和队友姜竣凯搭档男双,以全胜战绩助力清华乒乓球队获得东北赛区季军,也曾多次在首都高校乒乓球比赛、清华校友杯乒乓球比赛中获得前三名。在周冉看来,一次次挥洒汗水的过程也是给自己放松充电的过程,这份体育的热爱与坚持,能够让他保持充足的活力,更好地投身到科研和工作当中


04

结语


回首博士生涯,周冉在“双肩挑”中书写了育人助己的故事,不断在又红又专,全面发展的道路上勇毅前行。科研和辅导员工作相互促进,双向奔赴;而“无体育不清华”的感召,则为他提供了无限活力。这一路走来,离不开导师胡楚雄教授的悉心关怀与指导,离不开课题组、机械系学生组、机械00和机械02班同学、清华乒乓球队大家庭等多个集体的支持与帮助。未来,周冉也将仍然坚守初心,带着这份收获与成长继续出发。




素材周冉

编辑管一琳 孙润桐

审核丨王健健 付娜 钱泓宇


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