原標(biāo)題：做大傳感“小裝備” 敢啃科研“硬骨頭”

中北大學(xué)極端環(huán)境特種傳感與測(cè)試創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)成員正在圍繞近期發(fā)射任務(wù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。受訪單位供圖

“5、4、3、2、1，點(diǎn)火！”10月30日，隨著倒數(shù)聲落下，神舟十九號(hào)載人飛船成功發(fā)射。在觀看電視直播時(shí)，中北大學(xué)教授、儀器科學(xué)與技術(shù)學(xué)科團(tuán)隊(duì)骨干成員劉文怡激動(dòng)不已。

“每一次‘神箭’出征，都有我們團(tuán)隊(duì)研制的成果參與任務(wù)，這次也不例外。”劉文怡驕傲地說(shuō)。

日前，第28屆“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)隆痹u(píng)選揭曉，中北大學(xué)極端環(huán)境特種傳感與測(cè)試創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)獲“中國(guó)青年五四獎(jiǎng)?wù)录w”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。

接力攻克測(cè)試技術(shù)難題

作為一個(gè)小眾學(xué)科，我國(guó)存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)學(xué)科隨著新中國(guó)發(fā)展而成長(zhǎng)。

我國(guó)存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)奠基人、中北大學(xué)教授祖靜回憶，新中國(guó)成立后，我國(guó)武器系統(tǒng)的研制受限于傳統(tǒng)方法，設(shè)計(jì)畫(huà)圖、試驗(yàn)樣機(jī)加工、靶場(chǎng)實(shí)射檢驗(yàn)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性不高。針對(duì)這些瓶頸，20世紀(jì)80年代初，祖靜提出采用先進(jìn)的電子技術(shù)和微處理機(jī)技術(shù)，研制微型存儲(chǔ)測(cè)試裝置，并將其直接放置到被測(cè)體內(nèi)或被測(cè)環(huán)境中。在被測(cè)對(duì)象運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，該裝置能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)取并存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)參數(shù)。這項(xiàng)技術(shù)被定義為“存儲(chǔ)測(cè)試技術(shù)”。

1980年，祖靜主持創(chuàng)立了我國(guó)第一個(gè)兵器測(cè)試技術(shù)專(zhuān)業(yè)。此后，兵器測(cè)試技術(shù)方面的科學(xué)研究不斷深入，學(xué)科也開(kāi)枝散葉。

我國(guó)航天事業(yè)不斷發(fā)展，一些亟須攻克的技術(shù)難題也隨之出現(xiàn)。在大型儀器設(shè)備的測(cè)試方面，我國(guó)與國(guó)際水平存在差距，高性能測(cè)試儀器大部分依賴(lài)進(jìn)口，無(wú)法滿(mǎn)足航空航天等尖端領(lǐng)域的最新測(cè)試需求。因此，新技術(shù)攻關(guān)迫在眉睫。

劉文怡介紹，火箭上類(lèi)型眾多的傳感器對(duì)于保障火箭安全運(yùn)行至關(guān)重要，它們猶如人的眼睛和鼻子，時(shí)刻監(jiān)測(cè)各項(xiàng)指標(biāo)的變化。

盡管團(tuán)隊(duì)積累了大量火炮傳感存儲(chǔ)測(cè)試經(jīng)驗(yàn)，但劉文怡坦言，火箭的技術(shù)難度更大、系統(tǒng)更復(fù)雜，對(duì)傳感器和測(cè)試儀器的要求也更高。

“航天器部件一旦投入使用，就沒(méi)有辦法修復(fù)，所以要在零缺陷基礎(chǔ)上配合火箭系統(tǒng)傳輸盡可能多的測(cè)量數(shù)據(jù)，為火箭飛行試驗(yàn)節(jié)約成本、提高效率?！眲⑽拟嬖V記者，針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，團(tuán)隊(duì)成員刻苦鉆研10余年，最終研制出數(shù)據(jù)壓縮裝置，在國(guó)際上首次采用無(wú)損壓縮技術(shù)，極大豐富了有限時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)臏y(cè)量數(shù)據(jù)量，將獲取的飛行數(shù)據(jù)從原本的2到3路提高至10余路。

在研制過(guò)程中，團(tuán)隊(duì)成員多次遇到數(shù)據(jù)傳輸不穩(wěn)定、數(shù)據(jù)存在誤碼和丟失等問(wèn)題，他們本著歸零精神屢敗屢戰(zhàn)，最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮裝置的穩(wěn)定工作。該裝置近10年數(shù)十次圓滿(mǎn)完成了飛行任務(wù)。

“高精尖”飛入尋常百姓家

曾經(jīng)，傳感器是人們?nèi)粘Ｉ钪泻茈y接觸到的“高精尖”產(chǎn)品。而如今，可穿戴傳感器、煙霧傳感器、數(shù)字診療傳感器等的應(yīng)用，讓這種“高精尖”產(chǎn)品飛入尋常百姓家。

團(tuán)隊(duì)骨干成員、中北大學(xué)教授張國(guó)軍介紹，2016年，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始嘗試將傳感器技術(shù)應(yīng)用到生活中，取得了不錯(cuò)成績(jī)。例如，團(tuán)隊(duì)研制的MEMS心音心電原位同步無(wú)創(chuàng)冠心病檢測(cè)儀、中醫(yī)舌面脈問(wèn)信息采集分析系統(tǒng)、超聲CT乳腺癌早期檢測(cè)儀等，可實(shí)現(xiàn)心血管疾病、乳腺疾病的早期篩查，對(duì)促進(jìn)我國(guó)數(shù)字診療設(shè)備的快速發(fā)展有重要意義。

2022年北京冬奧會(huì)，中北大學(xué)傳感器設(shè)備的相關(guān)技術(shù)成果還為運(yùn)動(dòng)員備賽訓(xùn)練提供了科技支撐。團(tuán)隊(duì)骨干成員、中北大學(xué)教授丑修建帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)多次赴黑龍江八一雪場(chǎng)冬訓(xùn)基地進(jìn)行測(cè)試。基地海拔1245米，冬季積雪厚達(dá)80厘米，最低溫為零下45攝氏度。盡管雪場(chǎng)的極端環(huán)境為測(cè)試工作帶來(lái)了不小挑戰(zhàn)，但丑修建和團(tuán)隊(duì)成員絲毫沒(méi)有退縮。

“高山滑雪海拔高、落差大、速度快、動(dòng)作復(fù)雜，教練員無(wú)法直觀捕捉運(yùn)動(dòng)員轉(zhuǎn)彎的技術(shù)細(xì)節(jié)，這給教練員精準(zhǔn)輔導(dǎo)增加了難度?！背笮藿ń榻B，為解決這個(gè)問(wèn)題，科研團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一套傳感測(cè)試設(shè)備。只需讓運(yùn)動(dòng)員佩戴好可穿戴設(shè)備，同步使用多點(diǎn)攝像、無(wú)人機(jī)跟蹤拍攝等技術(shù)手段，運(yùn)動(dòng)員從靜止?fàn)顟B(tài)加速到指定速度、調(diào)節(jié)姿態(tài)、入彎等各個(gè)動(dòng)作的數(shù)據(jù)便一覽無(wú)余。團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的程序運(yùn)用精準(zhǔn)定位算法與軌跡系統(tǒng)，讓傳感器“說(shuō)”出“所見(jiàn)所聞”。同時(shí)，程序還能整合分析反饋運(yùn)動(dòng)員生理參數(shù)、運(yùn)動(dòng)學(xué)數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，為教練員指導(dǎo)訓(xùn)練、優(yōu)化技術(shù)提供支撐。

丑修建說(shuō)，在競(jìng)技體育追求“更快、更高、更強(qiáng)”的過(guò)程中，傳感器這種科技“小裝備”扮演了重要角色。從運(yùn)動(dòng)員訓(xùn)練到康復(fù)治療，每個(gè)環(huán)節(jié)都離不開(kāi)科技支撐。運(yùn)用新科技助力運(yùn)動(dòng)員提升成績(jī)，已成為運(yùn)動(dòng)科技賽道的焦點(diǎn)之一。

朝著量子測(cè)試領(lǐng)域進(jìn)發(fā)

隨著服務(wù)領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，中北大學(xué)極端環(huán)境特種傳感與測(cè)試創(chuàng)新研究團(tuán)隊(duì)持續(xù)加大研發(fā)力度，在傳感測(cè)試儀器耐高溫高壓、抗腐蝕等性能提升上狠下功夫。

團(tuán)隊(duì)骨干成員唐軍介紹，目前團(tuán)隊(duì)已能夠測(cè)量高達(dá)20萬(wàn)個(gè)重力加速度的力學(xué)量，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。不僅如此，團(tuán)隊(duì)研發(fā)的傳感器和精密測(cè)量?jī)x器能在上千攝氏度的高溫環(huán)境中正常工作，攻克了“黑障區(qū)”動(dòng)態(tài)測(cè)試技術(shù)“測(cè)不了、測(cè)不準(zhǔn)、活不了”等科學(xué)難題。

“目前團(tuán)隊(duì)研制的系列產(chǎn)品成功應(yīng)用于航天領(lǐng)域30多個(gè)運(yùn)載工程，相關(guān)技術(shù)已成為我國(guó)飛船逃逸、潛射出水以及高速侵徹等‘黑障區(qū)’極端條件下唯一的測(cè)試手段。”唐軍說(shuō)。

盡管取得了諸多成就，但團(tuán)隊(duì)并未就此止步。目前，團(tuán)隊(duì)開(kāi)始向量子測(cè)試領(lǐng)域進(jìn)發(fā)，利用量子技術(shù)等新興技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在極端環(huán)境中對(duì)信號(hào)的捕捉。

“量子技術(shù)等的引入，將為傳感器技術(shù)帶來(lái)革命性突破?！碧栖娬f(shuō)，具有極高靈敏度和精確度的量子傳感器，能夠捕捉到傳統(tǒng)傳感器難以捕捉的微弱信號(hào)，為科學(xué)研究打開(kāi)全新視角。這種技術(shù)融合與創(chuàng)新，將極大提升我國(guó)在高端傳感器領(lǐng)域的核心競(jìng)爭(zhēng)力，滿(mǎn)足國(guó)家對(duì)于高精度、高可靠性傳感器的迫切需求。

“一代人有一代人的使命，一代人有一代人的奮斗，但愛(ài)黨愛(ài)國(guó)始終是科學(xué)家的靈魂?！痹谔栖娍磥?lái)，做科研最重要的是能坐得住冷板凳、耐得住寂寞，敢啃“硬骨頭”。

“職業(yè)生涯中能做一兩件國(guó)家用得上的東西，為國(guó)家服務(wù)，就是做科研的意義所在?！碧栖娬f(shuō)。（記者 韓榮 實(shí)習(xí)生 馮皓欽）