[理工师说]杨岩:研发全息技术 将“黑科技”变为现实


日期:2017-10-08  来源:华龙网  作者:

 

 

杨岩 受访者供图 华龙网发

  还记得普罗米修斯里面那个生病老人的录像吗?还记得钢铁侠托尼的智能电脑管家“贾维斯”吗?这些都是全息投影技术。如今,这样的黑科技已经在我们的身边出现了。

  近日,重庆理工大学机械工程学院教授杨岩带领研究小组研发的数字全息显微镜样机已经基本完成,预期在年内就可进行试验性测量工作。

  “与传统显微镜不同,我们研发的数字全息显微镜可以对动态目标进行实时的空间观测,研究人员可以对目标进行360度的空间观察,使测量更加直观。”据杨岩介绍,全球只有瑞士一家企业对数字全息显微镜进行了商业化生产,但在实时性方面,目前只能作到微米尺度的实时动态显示。而国内对数字显微全息技术的研究基本都处在实验室光学平台上试验的阶段。

  完成全息显微镜研发 下一步想做全息电视

   “现在市面上有很多所谓的全息技术产品,是利用欺骗人眼的方式使人获得三维感,真正的全息技术是在空间真实显示一个物体,但是很遗憾,目前的技术水平只能做到静态显示,或者是微米级别空间场内目标的动态显示,我们研发的技术目前可以实现毫米级别空间场动态目标的实时显示,今后预期可以扩展到大目标的实时显示,比如全息电视。”杨岩以一个细胞为例表示,如果用新型的全息显微技术观测,细胞将在空间中运动,人可以使用任意角度进行观察。“相当于这个细胞是飘在你面前的,上下左右随意观察。这就是我们这几年一直在做的事情。”

  杨岩的数字全息显微镜研究开始于五年前,但对于全息技术的研究则要追溯到2003年到韩国读博。

   “当年我的导师有两个研究方向,一个是做流体研究,另一个就是全息技术。其实从面试到报到,我们一直确定以后的研究方向是流体,但就在报到那天,老师随口一说,说自己还有全息研究,那时年轻,搞不懂的都想去做做。”全息技术和杨岩以往的知识体系毫无关系,他甚至连全息这个英文单词都不知道。但导师的解释和图片展示让他对全息产生了极大的兴趣,决定开展这方面研究。

   下定决心研究全息技术后,杨岩从专业单词开始学,然后是各种概念、程序等等。每天他都要去给老师汇报今天学了几个概念或者编程的命令,有什么用处。半年后,杨岩基本入门了。

   “入门之后就越来越有兴趣,而且是懂的越多,不懂的就更多,解决一个问题之后发现还有更多问题,这极大地激发了我的兴趣。” 据杨岩回忆,当年每天最迟七点半进入实验室,晚上两三点才回去寝室,有时甚至直接住在实验室。“真的是辛苦,但是现在想来还是比较值得。”

  杨岩毕业时,导师曾问他回国后是否会继续从事全息技术研究,杨岩表示用五年时间来研究,如果没有成果,就会选择放弃,因为毕竟自己本来的专业是机械方向。

   “回国之后就从事这块研究,而且想把全息技术用来检测流体,才有了现在的全息显微镜。”杨岩说,全息显微镜样机已经能基本实现空间观测,目前正在完善软件,使全息呈现更清晰流畅。“一直想把全息显微镜做成商品化,所以跟企业进行了技术合作,年底应该会有东西出来。”

  完成了全息显微镜后,杨岩将目光投向了全息电视。在他看来,如果一个活动的细胞显示能实现,那么把这个细胞换成动态影片,理论上是可以实现全息电视的。

   “但这条路还比较远,全息显微镜我们做了5年,电视是一个产业问题,投入将更大,但肯定是我的一个目标。” 杨岩说,欧盟投入了20亿欧元做全息电视研究,很多国家也都在做这方面研究,“我们目前这个实时技术,也可以在全息电视技术方面解决一定的问题,不管是从兴趣还是责任讲,搞研究的人还是要做一点贡献。”

  全息技术从无到有 有人质疑也有人支持

  从韩国回来后,因为全息技术研究需要大量投入,杨岩开始申请国家自然科学基金青年基金,希望能得到更多经费支持。然而因为种种原因,一直到第四次,杨岩才申请到国家自然科学基金。

   “中间我也想过是不是偏了点,不被认可,但很多评语是认可这个基础,就是怀疑研究条件。”据杨岩回忆,才回国时,手里的研究项目经费仅有两三万。在这样的条件下,只能想尽办法节约出钱来做全息技术研究。

   “其实我们一个光学平台就要两三万,还是最撇的。”杨岩说,买透镜时,要多家比较,哪怕只节约几十块钱就可以买另外的东西。为了做实验,他还去借本科生的物理实验室,有段时间甚至跑回韩国导师那里或委托那边的学生帮忙做实验。

  尽管一直没有申请到国家基金,但理工大学校内的领导和老师却给予了杨岩很大支持。机械工程学院院长郭晓东当时是学校重点实验室主任,看到杨岩的努力,专门给了他一个房间作为实验室。杨岩本科时的老师黄金教授还把自己的科研经费拿出一部分支持他。

   “当时有单独的实验室还是很激动,因为你报申请材料的时候就可以写,可以拍照。当时虽然很多人质疑我偏移了机械,但是各级领导还是很支持,因为他们作为学者来说,对全息的发展是认同的。”

  第四年,杨岩申请到了国家自然科学基金面上项目,当他把这个消息告诉自己的研究生时,大家都激动不已。“因为有了经费我们马上就可以买设备,有的研究生就翻出之前没有钱买不起的设备,问是不是可以考虑买了。”杨岩说,当年很困难,因为兴趣一直在坚持,但当你把研究做到一定程度后,就不会考虑其他,会觉得这是自己应该做的事情。

  研发农机测量台 提高重庆农业机械化水平

  四年前,理工大学时任副校长许洪斌教授发现重庆农业机械化程度极低,适合山区丘陵的农机仅有一种微耕机,决定组建团队进行农机研究,杨岩教授的研究小组加入其中。

   “从科技研发方面讲,这里面有大量的技术难题需要解决,这是科技工作者责无旁贷的任务,另一个层面就是我们都是高校教师,还是要做点实事,解决一些老百姓实际问题,所以当时成立了专门的研发团队。”据杨岩介绍,就农业机械化程度而言,我国与国外差距很远。国内而言,北方优于南方,但大机器基本是进口,被国外垄断。

  我国有百分之六十的丘陵地区,粮食产量百分之六十在丘陵,但这些地区的机械化程度却非常低,而整个山地农机行业仅有微耕机在广泛使用。同时,农机市场技术含量低,重庆企业自己研发的小型的山地联合收割机平均无故障工作时间仅有20个小时,也就是一天干8个小时,三天就会坏一次。

  “有一次看过德国的农机视频后,发现我们差太远了,这也愈发地激发了我们这些搞科研的,不光从社会责任、还是科技角度,都要赶上他们,更要为我们的农民做点实事。”杨岩说,团队研发了多功能山地作业机、新型联合收割机等适合丘陵山区的作业机型,但发现山地农机所需的种类太多,不可能每样都去研发,通过一段时间的摸索,团队逐渐发现山地农机最欠缺是测试技术。

   “目前的山地农机没有试验环节,生产出来后就直接推向市场,坏了再拿回来修。实际上正常的程序应该是,样品出来后进行测试,然后再返回修改,但现在没有测试环节,所以我们发现要解决农机产品质量问题的源头,是在于测试。”因此,杨岩和团队开始做一系列的试验装置。他们为厂家提供试验台,对样品进行测试,设计人员根据测试后获得的数据进行修改,这样就从源头上解决了农机的质量问题。

   “其实现在我们的农机设计人员能设计出很多东西,但问题是设计出来之后不好用,不好用的根源就是没有相关的测试实验手段,这是行业目前急需解决的关键问题。”杨岩说,目前他也正在研究将全息技术和农业方面的测量领域相结合,探索一些新路径。

   

  杨岩简介: 

  杨岩,教授,硕士生导师。重庆市巴渝学者,重庆市高校优秀人才,江苏省双创人才,全国机械原理研究会理事、西南分会副理事长,重庆农业机械标准化委员会委员,sci杂志《Science and Technology of Nuclear Installations》、《Advances in Materials Science and Engineering》客座主编,重理工-威马农业机械研究所所长,重庆理工大学智能山地农业机械研究所所长,江苏省沼液沼渣出料机械工程技术研究中心副主任。

  1993.09-1997.07,获得重庆工业管理学院机械设计专业学士学位;2002.09-2005.07,获得重庆大学固体力学专业硕士学位;2006.03-2009.06,获得韩国国立全南大学机械工程专业博士学位,2010.02-2010.08,韩国国立全南大学汽车研究所博士后研究员。1997.07-至今,重庆理工大学机械学院教师。在国内外重要刊物如Optics Communications、Applied Optics、中国激光等发表论文数十篇;授权专利10余件。

  研究领域:高精度数字全息测量技术、智能山地农业机械

 

 

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