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盘点2018年国内十大技术突破:22纳米光刻机、远距离虹膜识别……哪个不夺人眼球!

2018年12月28日 作者: 暂无评论 344+ 0

盘点这一年的核心技术:22纳米光刻机、450公斤人造蓝宝石、0.12毫米玻璃、大型航天器回收、盾构机“弃壳返回”、远距离虹膜识别……哪一个不夺人眼球!

1 智能水刀削铁断金

10月份的第四届军民融合发展高技术装备成果展上,一把神奇的水刀吸引观众驻足。它以水为刀刃切割各种材料,分离海绵、凿穿岩石、削断钢铁,完胜激光切割。其全名五轴五联动智能水刀,由上海狮迈科技有限公司(以下简称狮迈科技)研发生产,完全具备自主知识产权。

水刀原理和孩子们玩的水枪很像。给普通自来水加压到4000个大气压以上,迫使加压后的水从一个小喷嘴喷射出来,形成高速射流,在这股高速射流里加入锋利破碎的小颗粒,形成高速磨料射流。

水刀能量巨大,高压水高速射流以3倍音速打向切割对象,实现切割。相比“前辈”激光切割,水刀切割过程是一个高速磨削加快速冷却的过程,没有热损伤和热变形,没有烟雾和粉尘,绿色环保。简单说,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进行机械加工。

水刀、激光和等离子切割实现精密切割是难点。狮迈科技经3年研发了一套独特高品质控制系统。通过采用数学模型精准预测射流行走路径上每一点的误差,实现对射流每一步行走的速度、加速度、切割头的偏摆角度以及射流的特性参数精确的控制,在切割效率最大化的情况下达到自动消除误差的高精度目标。

2 虹膜识别1.2米远两秒搞定

虹膜识别是除DNA以外最可靠的生物识别技术,唯一、防伪。最开始虹膜识别要像用望远镜一样把眼睛贴在设备上,后来扩大到设备半米内识别。11月份,虹星科技正式投产“驾驶员生物特征识别一体机”,将虹膜识别距离拓展到1.2米,扫一眼即可,无需过多配合。

每个人的虹膜都独一无二。红外光条件下,可呈现丰富纹理特性,稳定特征点200多个,刷眼后仪器提取出具备高区分力的特征码,与数据库进行比对,这一过程称为虹膜识别。虹膜识别的优势主要体现在庞大数据库中精准找人。在监控视频中准确找一个人,1万的人群基数用人脸识别,10万人以下用指纹识别,100万个人应当用虹膜识别。

虹膜仅约1平方厘米,人脸是300平方厘米,识别难度相差300倍。距离稍远,难以采集到清晰的虹膜纹理;而且人本身的晃动和眨眼,会让成像存在运动模糊、眼皮遮挡等一系列问题。

虹星科技成像阶段使用千万像素以上的图像传感器,保证足够的虹膜分辨率;精心计算近红外光源的角度和强度,在不伤害人眼的前提下照亮虹膜纹理;将智能算法移到成像设备内,使成像与计算协同作业;快速图像质量判断算法,丢弃低质量图像,专注识别高质量虹膜图像;优化算法,一秒处理上百张千万像素的虹膜图像。最终做到了1.2米距离内2秒虹膜识别。

3 海底盾构机实现“功成身退”

打海底隧道的盾构机,只能掘进不能后退,价值几千万元的设备往往“一去不复返”。8月20日,厦门地铁3号线海底隧道中,伴随着最后一块刀盘被拆下,海底的盾构机在世界上第一次成功实现倒退返回。

盾构机是打洞能手,它的头是一块布满“牙齿”的圆盘,不停旋转,啃掉泥土和石头,长100多米、重约800吨的长筒身子里,有马达和泥浆循环管道。它身后的新空间拼贴上弧形的水泥管片,隧道就此成型。但是,盾构法施工使身后洞径变小,所以盾构机无法后退,通常永久封存在隧道旁的死胡同里。

然而厦门地铁3号线海底隧道施工方中铁一局城轨公司想出了一个办法,将盾构机拆掉运出来。他们请专家研究出在不转动刀盘的情况下,调整割除角度的倾斜法,攻克了刀盘拆除的难题。

海底隧道40℃高温,拆机用火焰切割,相当危险。为此拆机“三班倒”,隧道内每间隔100米还增设一台大功率电扇通风。拆机前的详细交底,动火作业前的消防设施准备,动火中的洞内气体实时检测。并定制专用重载板车,解决了一次运送65吨部件的难题。

最终,拆机工期不到一个月,盾构机14000多个零部件都安全拆除,装箱运回仓库。盾构机的壳体,留在隧道里做内壁。这创造了又一个中国工程之最。

4 人造蓝宝石450公斤破纪录

2018年初,450公斤级人造蓝宝石在我国诞生。拿下全球重量级别最高、单体最大的人造蓝宝石晶体“桂冠”。将2017年俄罗斯保持的350公斤级世界纪录提高了100公斤。

人造蓝宝石是高科技生产领域的重要原材料。小到智能手机摄像头、触摸屏、LED灯,大到国之重器、高强度激光、天文观测系统光学元器件,应用日益广泛。

新世纪以来,我国蓝宝石生产设备和生产工艺仍然很大程度依赖进口,特别是我国的生产能力和产品尺寸还不能满足国防科技、国之重器的全面需求。

此颗人造蓝宝石基于世界主流的泡生法生产技术。原理是先将氧化铝原料加热至熔点后形成熔汤,再以籽晶棒接触到熔汤表面,在籽晶棒与熔汤的固液界面上开始生长和晶种相同晶体结构的单晶,晶种以极缓慢的速度往上拉升,最后凝固成一整个单晶晶碇。

这一过程漫长,对炉温控制、生产系统协调应用有极苛刻的要求。生产450公斤级产品,与生产200公斤级、350公斤级产品,其技术要求不在一个层面,有质的区别。该公司总经理张俊说:“我们的核心技术是自主研发的自动化生产设备、热产设计理论和微观工艺应用,从原材料选取、加工、生产,全部是中国制造。”

5 最薄玻璃厚度仅0.12毫米

继0.15毫米之后,中国技术人员追求极致,拉出0.12毫米的超薄电子触控玻璃,又创浮法技术工业化生产最薄玻璃的世界纪录。5月份,蚌埠中建材信息显示材料有限公司最新一批超薄玻璃下线。

超薄玻璃的厚度在0.1—1.1毫米之间,可用来做手机、电脑、电视显示屏基础材料。玻璃越薄,透光性、柔韧性越好,越容易碎。但最新研制的0.12毫米超薄玻璃,被弯曲成环状也不会折断。

玻璃厚度每下降0.1毫米,增加的制作难度超乎想象。从2013年的0.3毫米下降到现在薄如纸片的0.12毫米,企业方解决了玻璃拉薄、微缺陷、三大热工设备的设计制造和玻璃配方四大难题,开发了玻璃冷端的切裁、输送以及缺陷在线检测等一系列技术手段。

从0.15毫米到0.12毫米,为这肉眼几乎无法分辨的0.03毫米,团队攻关2年。在熔化工艺、成型工艺、切割工艺、检验包装和装备技术等方面,突破1000多项技术瓶颈后,世界最薄的0.12毫米浮法玻璃终于诞生。几年前国内上百条显示面板生产线的玻璃和设备完全依赖进口,现在国内超薄玻璃技术国际领先,竞争力很强。显示屏价格降下来,电子产品相对更实惠了。目前该公司已经开始着手研发0.1毫米超薄玻璃。

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