盤(pán)點(diǎn)這一年的核心技術(shù)：22納米光刻機、450公斤人造藍寶石、0.12毫米玻璃、大型航天器回收、盾構機“棄殼返回”、遠距離虹膜識別……哪一個(gè)不奪人眼球！
2018年，高新技術(shù)成果在各行各業(yè)開(kāi)花結果，在提高產(chǎn)業(yè)效能的同時(shí)也為人們的生活創(chuàng )造了更多便利?？萍紕?chuàng )新主體不約而同向著(zhù)“自主掌握核心技術(shù)，打破國外壟斷”的目標前行。
1智能水刀削鐵斷金
10月份的第四屆軍民融合發(fā)展高技術(shù)裝備成果展上，一把神奇的水刀吸引觀(guān)眾駐足。它以水為刀刃切割各種材料，分離海綿、鑿穿巖石、削斷鋼鐵，完勝激光切割。其全名五軸五聯(lián)動(dòng)智能水刀，由上海獅邁科技有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)獅邁科技）研發(fā)生產(chǎn)，完全具備自主知識產(chǎn)權。
水刀原理和孩子們玩的水槍很像。給普通自來(lái)水加壓到4000個(gè)大氣壓以上，迫使加壓后的水從一個(gè)小噴嘴噴射出來(lái)，形成高速射流，在這股高速射流里加入鋒利破碎的小顆粒，形成高速磨料射流。
水刀能量巨大，高壓水高速射流以3倍音速打向切割對象，實(shí)現切割。相比“前輩”激光切割，水刀切割過(guò)程是一個(gè)高速磨削加快速冷卻的過(guò)程，沒(méi)有熱損傷和熱變形，沒(méi)有煙霧和粉塵，綠色環(huán)保。簡(jiǎn)單說(shuō)，激光能切不能切的，水刀都能切。波音公司、空客公司都大量使用智能水刀進(jìn)行機械加工。
水刀、激光和等離子切割實(shí)現精密切割是難點(diǎn)。獅邁科技經(jīng)3年研發(fā)了一套獨特高品質(zhì)控制系統。通過(guò)采用數學(xué)模型精準預測射流行走路徑上每一點(diǎn)的誤差，實(shí)現對射流每一步行走的速度、加速度、切割頭的偏擺角度以及射流的特性參數精確的控制，在切割效率最大化的情況下達到自動(dòng)消除誤差的高精度目標。
2虹膜識別1.2米遠兩秒搞定
虹膜識別是除DNA以外最可靠的生物識別技術(shù)，唯一、防偽。最開(kāi)始虹膜識別要像用望遠鏡一樣把眼睛貼在設備上，后來(lái)擴大到設備半米內識別。11月份，虹星科技正式投產(chǎn)“駕駛員生物特征識別一體機”，將虹膜識別距離拓展到1.2米，掃一眼即可，無(wú)需過(guò)多配合。
每個(gè)人的虹膜都獨一無(wú)二。紅外光條件下，可呈現豐富紋理特性，穩定特征點(diǎn)200多個(gè)，刷眼后儀器提取出具備高區分力的特征碼，與數據庫進(jìn)行比對，這一過(guò)程稱(chēng)為虹膜識別。虹膜識別的優(yōu)勢主要體現在龐大數據庫中精準找人。在監控視頻中準確找一個(gè)人，1萬(wàn)的人群基數用人臉識別，10萬(wàn)人以下用指紋識別，100萬(wàn)個(gè)人應當用虹膜識別。
虹膜僅約1平方厘米，人臉是300平方厘米，識別難度相差300倍。距離稍遠，難以采集到清晰的虹膜紋理；而且人本身的晃動(dòng)和眨眼，會(huì )讓成像存在運動(dòng)模糊、眼皮遮擋等一系列問(wèn)題。
虹星科技成像階段使用千萬(wàn)像素以上的圖像傳感器，保證足夠的虹膜分辨率；精心計算近紅外光源的角度和強度，在不傷害人眼的前提下照亮虹膜紋理；將智能算法移到成像設備內，使成像與計算協(xié)同作業(yè)；快速圖像質(zhì)量判斷算法，丟棄低質(zhì)量圖像，專(zhuān)注識別高質(zhì)量虹膜圖像；優(yōu)化算法，一秒處理上百張千萬(wàn)像素的虹膜圖像。最終做到了1.2米距離內2秒虹膜識別。
3海底盾構機實(shí)現“功成身退”
打海底隧道的盾構機，只能掘進(jìn)不能后退，價(jià)值幾千萬(wàn)元的設備往往“一去不復返”。8月20日，廈門(mén)地鐵3號線(xiàn)海底隧道中，伴隨著(zhù)最后一塊刀盤(pán)被拆下，海底的盾構機在世界上第一次成功實(shí)現倒退返回。
盾構機是打洞能手，它的頭是一塊布滿(mǎn)“牙齒”的圓盤(pán)，不停旋轉，啃掉泥土和石頭，長(cháng)100多米、重約800噸的長(cháng)筒身子里，有馬達和泥漿循環(huán)管道。它身后的新空間拼貼上弧形的水泥管片，隧道就此成型。但是，盾構法施工使身后洞徑變小，所以盾構機無(wú)法后退，通常永久封存在隧道旁的死胡同里。
然而廈門(mén)地鐵3號線(xiàn)海底隧道施工方中鐵一局城軌公司想出了一個(gè)辦法，將盾構機拆掉運出來(lái)。他們請專(zhuān)家研究出在不轉動(dòng)刀盤(pán)的情況下，調整割除角度的傾斜法，攻克了刀盤(pán)拆除的難題。
海底隧道40℃高溫，拆機用火焰切割，相當危險。為此拆機“三班倒”，隧道內每間隔100米還增設一臺大功率電扇通風(fēng)。拆機前的詳細交底，動(dòng)火作業(yè)前的消防設施準備，動(dòng)火中的洞內氣體實(shí)時(shí)檢測。并定制專(zhuān)用重載板車(chē)，解決了一次運送65噸部件的難題。
最終，拆機工期不到一個(gè)月，盾構機14000多個(gè)零部件都安全拆除，裝箱運回倉庫。盾構機的殼體，留在隧道里做內壁。這創(chuàng )造了又一個(gè)中國工程之最。
4人造藍寶石450公斤破紀錄
2018年初，450公斤級人造藍寶石在我國誕生。拿下全球重量級別最高、單體最大的人造藍寶石晶體“桂冠”。將2017年俄羅斯保持的350公斤級世界紀錄提高了100公斤。
人造藍寶石是高科技生產(chǎn)領(lǐng)域的重要原材料。小到智能手機攝像頭、觸摸屏、LED燈，大到國之重器、高強度激光、天文觀(guān)測系統光學(xué)元器件，應用日益廣泛。
新世紀以來(lái)，我國藍寶石生產(chǎn)設備和生產(chǎn)工藝仍然很大程度依賴(lài)進(jìn)口，特別是我國的生產(chǎn)能力和產(chǎn)品尺寸還不能滿(mǎn)足國防科技、國之重器的全面需求。
此顆人造藍寶石基于世界主流的泡生法生產(chǎn)技術(shù)。原理是先將氧化鋁原料加熱至熔點(diǎn)后形成熔湯，再以籽晶棒接觸到熔湯表面，在籽晶棒與熔湯的固液界面上開(kāi)始生長(cháng)和晶種相同晶體結構的單晶，晶種以極緩慢的速度往上拉升，最后凝固成一整個(gè)單晶晶碇。
這一過(guò)程漫長(cháng)，對爐溫控制、生產(chǎn)系統協(xié)調應用有極苛刻的要求。生產(chǎn)450公斤級產(chǎn)品，與生產(chǎn)200公斤級、350公斤級產(chǎn)品，其技術(shù)要求不在一個(gè)層面，有質(zhì)的區別。該公司總經(jīng)理張俊說(shuō)：“我們的核心技術(shù)是自主研發(fā)的自動(dòng)化生產(chǎn)設備、熱產(chǎn)設計理論和微觀(guān)工藝應用，從原材料選取、加工、生產(chǎn)，全部是中國制造。”
5最薄玻璃厚度僅0.12毫米
繼0.15毫米之后，中國技術(shù)人員追求極致，拉出0.12毫米的超薄電子觸控玻璃，又創(chuàng )浮法技術(shù)工業(yè)化生產(chǎn)最薄玻璃的世界紀錄。5月份，蚌埠中建材信息顯示材料有限公司最新一批超薄玻璃下線(xiàn)。
超薄玻璃的厚度在0.1—1.1毫米之間，可用來(lái)做手機、電腦、電視顯示屏基礎材料。玻璃越薄，透光性、柔韌性越好，越容易碎。但最新研制的0.12毫米超薄玻璃，被彎曲成環(huán)狀也不會(huì )折斷。
玻璃厚度每下降0.1毫米，增加的制作難度超乎想象。從2013年的0.3毫米下降到現在薄如紙片的0.12毫米，企業(yè)方解決了玻璃拉薄、微缺陷、三大熱工設備的設計制造和玻璃配方四大難題，開(kāi)發(fā)了玻璃冷端的切裁、輸送以及缺陷在線(xiàn)檢測等一系列技術(shù)手段。
從0.15毫米到0.12毫米，為這肉眼幾乎無(wú)法分辨的0.03毫米，團隊攻關(guān)2年。在熔化工藝、成型工藝、切割工藝、檢驗包裝和裝備技術(shù)等方面，突破1000多項技術(shù)瓶頸后，世界最薄的0.12毫米浮法玻璃終于誕生。幾年前國內上百條顯示面板生產(chǎn)線(xiàn)的玻璃和設備完全依賴(lài)進(jìn)口，現在國內超薄玻璃技術(shù)國際領(lǐng)先，競爭力很強。顯示屏價(jià)格降下來(lái)，電子產(chǎn)品相對更實(shí)惠了。目前該公司已經(jīng)開(kāi)始著(zhù)手研發(fā)0.1毫米超薄玻璃。
6航天器回收重量推至7噸以上
火箭回收和復用是馬斯克SpaceX的重要標簽。其實(shí)，我國也回收過(guò)3.5噸的神舟飛船載人艙。11月，航天五院508所驗證關(guān)鍵技術(shù)，可將我國航天器回收重量推至7噸以上。這與508所成功研制出大型群傘系統和大載重著(zhù)陸緩沖系統密不可分。該所采用直升機外掛投放7噸級模型的方式，成功進(jìn)行我國首次大型群傘系統及大載重著(zhù)陸緩沖系統空投試驗，多項大型航天器回收領(lǐng)域主要技術(shù)指標達到國際先進(jìn)水平。
回收航天器，再入返回時(shí)的初級減速主要靠減速傘。有別于神舟飛船的單傘系統，全新研制的減速傘是群傘系統，由2頂減速傘、3頂主傘組成。減速傘的承載能力、傘型設計大幅優(yōu)化；主傘則保證了各傘之間充氣的一致同步。該群傘系統多級收口與展開(kāi)，有效降低了開(kāi)傘載荷。
著(zhù)陸回收階段，大載重航天器無(wú)損著(zhù)陸回收對著(zhù)陸緩沖系統要求甚高。為此，508所科研團隊攻克了多氣囊組合緩沖動(dòng)力學(xué)建模與仿真等多項關(guān)鍵技術(shù)；著(zhù)陸緩沖過(guò)程時(shí)間極短，又研制了高靈敏度著(zhù)陸敏感器，解決了快速響應著(zhù)陸緩沖控制問(wèn)題。最終保證系統可靠工作，返回艙著(zhù)陸穩定。
722納米光刻機“雕”出精細線(xiàn)條
11月29日，中科院研制的“超分辨光刻裝備”通過(guò)驗收。這個(gè)世界上首臺用紫外光源實(shí)現了22納米分辨率的光刻機，意義在于用便宜的光源實(shí)現較高的分辨率，用于一些特殊制造場(chǎng)景。光刻機不光是制造芯片用，一張平面材料想刻出繁復圖案，都可以用光刻。光刻機相當于一臺投影儀，光就是一把雕刻刀，在感光平板上“雕”出精細的線(xiàn)條圖案。
使用深紫外光源的光刻機是主流，缺點(diǎn)是太昂貴；荷蘭ASML壟斷的極紫外光源的光刻機，更是貴到令人發(fā)指，一臺3000萬(wàn)元，還要在真空下使用。中科院研制的22納米光刻機采用紫外光汞燈，整機價(jià)格在百萬(wàn)元級到千萬(wàn)元級，加工能力則介于深紫外級和極紫外級之間，令人振奮。
中科院研制的這種光刻機擅長(cháng)加工包括大口徑薄膜鏡在內的一系列納米功能器件，對中國的遙感成像、生化痕量測量、特種表面材料等領(lǐng)域有重要意義。
中科院光電所的科學(xué)家楊勇這樣解釋其原理，拿一塊金屬片和非金屬片親密接觸，界面上有一些亂蹦的電子；光投影在金屬上，這些電子就有序地震蕩，產(chǎn)生波長(cháng)幾十納米的電磁波，可用來(lái)光刻。
8細粒度圖像識別“看”一眼就結賬
在傳統計算機視覺(jué)研究中，圖像識別的目標對象隸屬類(lèi)別通常是諸如“狗”“車(chē)”和“鳥(niǎo)”等傳統意義上的類(lèi)別分類(lèi)。但大家應該都有這樣的經(jīng)歷：逛街時(shí)看到路人的萌犬可愛(ài)至極，可僅知是“犬”殊不知其具體品種。然而，細粒度級別圖像識別技術(shù)便能準確分辨出哪怕細微差異的目標對象，解決此類(lèi)難題。
現落地于南京快餐廳的細粒度圖像識別智慧收銀系統，可以近100%識別率，精確識別幾十種菜品，該系統在具體運行時(shí)，食客僅需將選好的菜品放在識別區，系統便會(huì )立刻顯示出菜品清單和價(jià)格，即可進(jìn)行結算。
曠視科技Face++南京研究院負責人魏秀參博士表示：“首先，我們通過(guò)數據采集收集到待識別菜品近千張的圖像信息，之后針對諸多菜品間細微的差異設計基于深度學(xué)習的細粒度級別圖像識別算法。該算法除常規的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模塊對整盤(pán)菜品獲取全局性的判別信息外，還包含一個(gè)‘注意力’模塊，可自動(dòng)‘聚焦’到差異細微菜品的局部圖像區域。這些局部區域可有效輔助算法進(jìn)行細粒度級別的菜品識別。”這樣，整張細粒度圖像識別特征既包含了菜品級別特征，又包含了更強判別性的局部特征，使得分類(lèi)準確無(wú)誤。相比傳統標簽結算的方式，細粒度圖像識別技術(shù)大大降低了系統及人力成本，同時(shí)大幅提升了顧客點(diǎn)餐結賬的效率。
9特高壓絕緣子劣質(zhì)黏土造“瓷器活”
變電站和高壓輸電線(xiàn)路的基礎設施中，有一種重十幾公斤到幾十公斤的瓷瓶，名為絕緣子，異常重要卻常被忽略。針對我國特高壓電網(wǎng)的使用要求，承受百萬(wàn)伏高壓和數十噸拉力是絕緣子產(chǎn)品的核心性能。12月份，全球首條瓷絕緣子自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在內蒙古精誠絕緣子有限公司的廠(chǎng)區內正式啟動(dòng)調試。
該公司用劣質(zhì)黏土做出比優(yōu)質(zhì)黏土密實(shí)度更高的產(chǎn)品，頂住百萬(wàn)伏特，在行業(yè)內是一次技術(shù)革命。
為此，公司團隊多年來(lái)對伴生黏土進(jìn)行數百次顆粒成分分析和配方實(shí)驗，將伴生非優(yōu)質(zhì)黏土占產(chǎn)品原料的比例確定在60%，最終獲取自主知識產(chǎn)權的“絕密配方”，實(shí)現每款特高壓絕緣子能服役50年的目標。
不僅如此，通過(guò)近十年來(lái)20多項技術(shù)集成創(chuàng )新，世界瓷絕緣子行業(yè)夢(mèng)寐以求的自動(dòng)化生產(chǎn)也實(shí)現了。全球首條自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)在精誠絕緣子的車(chē)間誕生。生產(chǎn)線(xiàn)上的輥道窯好似傳送帶，輥子轉動(dòng)使陶瓷從窯頭傳送到窯尾的過(guò)程中，就完成了從配料、制作、上釉、烤制、檢測，再到最后包裝的全自動(dòng)化生產(chǎn)。
10水紋溯源揪出排污企業(yè)
今年，生態(tài)環(huán)境部對30個(gè)省區市70個(gè)城市的黑臭水體整治開(kāi)展了現場(chǎng)督查。督察期間如果下雨，黑臭水體會(huì )冒出來(lái)，不下雨黑臭水體藏得很好，違法排污問(wèn)題就被掩蓋了。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院吳靜課題組自主研發(fā)的這款水質(zhì)“指紋”識別器，擔當了我國治污界的福爾摩斯，可依靠水紋揪出污染“嫌疑犯”。
每家企業(yè)的廢水中，都包含自身獨特信息，主要是殘留污染物，這就是廢水的水紋。每種物質(zhì)發(fā)出的熒光都不一樣，物質(zhì)濃度越高，在圖譜中就越突出，而采集水質(zhì)“指紋”就是采集廢水的熒光圖譜。廢水水紋庫，類(lèi)似于警察的疑犯指紋數據庫，把需要檢測的水質(zhì)指紋與水紋庫比對，就能發(fā)現“嫌疑犯”了。
一旦水紋超過(guò)預警限值，24小時(shí)監測儀器會(huì )自動(dòng)預警。
此外，儀器會(huì )自動(dòng)保存水質(zhì)指紋10年以上，發(fā)現問(wèn)題，自動(dòng)留取異常水紋作為追查證據。還可與其他類(lèi)型的污染溯源技術(shù)相互補充，形成組合拳，將原先數周的排查時(shí)間縮短為半小時(shí)左右，且證據確鑿，監管指向清晰。（唐芳）
(責任編輯：蘇玉梅)
