材料及技術。”
以激光致聲空-海跨界面下行通信研究為例。
海洋是國家戰(zhàn)略資源的重要基地。提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經(jīng)濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，維護國家海洋權益，關系到我國的經(jīng)濟和國土安全。對于落實習近平總書記“經(jīng)略海洋”的指示、擴大對外開放、促進經(jīng)濟持續(xù)健康發(fā)展及實施海洋強國戰(zhàn)略具有十分重要的意義。
空-海跨界面通信一直是現(xiàn)代海洋通信中一個難以突破的技術難點。傳統(tǒng)的空對海的通信主要依靠超長波無線電通信、聲吶通信和藍綠激光通信技術，但是傳統(tǒng)手段在傳播距離、穿透深度、界面轉換及裝備復雜度等方面都面臨巨大問題。姚建銓院士在2015年提出“空-天-地-海一體化網(wǎng)絡構架”的概念后，帶領課題組團隊深入研究激光和聲各自在大氣和海水中的優(yōu)勢，提出了激光致聲空-海跨界面下行通信技術及總體方案。
激光致聲通信利用機載激光對水的作用完成光波到聲波的非線性轉換，在空-海開放信道中可滿足數(shù)字信息的有效傳送，為海洋通信提供新的技術途徑。姚建銓-張雅婷團隊經(jīng)過一年的努力，論證了空-海跨界面激光-聲通信的總體方案；提出并驗證了激光-聲跨空-海界面的安全、隱蔽的下行通信技術方案；從理論上對激光致聲通信的大氣信道、海洋信道特別是光-聲轉換界面進行了深入研究，發(fā)展了激光在海面產生非線性效應的物理機理；研究了激光致聲空-海跨界面的下行通信關鍵技術；并進行了激光致聲空-海跨界面下行單向通信的實驗驗證。經(jīng)過驗證分析，激光致聲下行通信傳輸距離能夠達到公里量級，為空-海跨界面通信開辟了-條新的技術途徑。
該技術難度大，創(chuàng)新性強，總體技術達到國際先進水平，為激光致聲通信關鍵技術研究奠定了堅實的基礎。激光致聲通信由于其獨特的空對海模式，所以該技術還可以在機載平臺以及船載平臺上的空對海的探測成像、定位測距以及喚醒等方面具有重要的應用價值。
“我們團隊的‘立地’項目也包含三個組成部分：高端激光智能制造技術及產業(yè)、智慧養(yǎng)老和大健康技術及產業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)和智慧城市。”
為何要把高端激光智能制造技術及產業(yè)放在“立地”的首位呢？姚建銓院士說：“以激光清洗為例，我研究中的絕大部分——甚至可以說90%，都是面向高精尖的，而恰恰就是這10%，可以和百姓的生活直接關聯(lián)。‘立地’項目可以迅速落地轉化為產業(yè)，惠及民生，深受當?shù)卣С帧！?/p>
作為高端激光智能制造技術及產業(yè)的一部分，激光清洗技術在美國、法國已有公司將之產業(yè)化，并進入中國市場。“正因如此，就更迫切需要我們搞出自己的產品來進行國產替代。先不論我們未來的價格優(yōu)勢，如果國內沒有同類產品，進口產品占據(jù)‘獨有’地位，價格就永遠不會下降。我們的團隊正在研發(fā)中，已經(jīng)有所成果，以后會往量產邁進。”
姚建銓介紹，激光清洗也是分領域的。輪船清洗、飛機蒙皮清洗、高鐵部件清洗……不同對象的清洗，用的激光器其實是差不多的。但在不同領域里，做激光清洗的機制卻不一樣。以管道清洗為例，激光打進管道中，要以螺旋形一邊掃一邊后退，這樣才能清洗干凈。同樣用一個激光器，對象設備不同，適應的地方也不同，這叫應用領域。譬如飛機、輪船、高鐵，它們的應用領域是不一樣的。“像是電視塔，它在戶外日曬雨淋，水泥上‘長’了很多東西，有些地方夠不著就沒法清洗。還有一些高層建筑的玻璃，保潔人員出去刷玻璃也是非常危險的。這些情況下，都可以用激光清洗。”
在激光清洗領域，結合人工智能，姚建銓提出了一個創(chuàng)新的理念——隨機清洗。
“隨機清洗是什么意思？比如一塊金屬，過去用激光清洗它，要來來回回掃。隨機清洗可以用兩個激光頭同時掃，一個是檢測頭，一個是激光清洗頭。檢測頭可以檢測清洗對象的污染物是什么種類，將其成分和厚度測出。檢測頭一邊掃一邊測，把測出的數(shù)據(jù)反饋回來做機器學習。通過結合人工智能，可以‘告訴’激光清洗頭很多信息。比如走到某處的時候污染物比較厚，清洗的功率要大一點。”
激光清洗不僅可以和人工智能結合，能更“聰明”地工作，還對環(huán)境友好，既不會和酸洗一樣污染環(huán)境，也不像超聲波清洗會消耗大量的水資源。
創(chuàng)新薪火相傳
青年是祖國的前途、民族的希望、創(chuàng)新的未來。青年一代有理想、有本領、有擔當，科技就有前途，創(chuàng)新就有希望。習總書記在講話中提出，希望廣大院士關心和愛護青年人才，把發(fā)現(xiàn)、培養(yǎng)青年人才作為一項重要責任，為青年人才施展才干提供更多機會和更大舞臺。
2018年，是姚建銓院士執(zhí)教的第53個年頭。半個多世紀盛開的桃李芬芳，他粗粗統(tǒng)計，自己門下光是畢業(yè)的博士生就有180多位。
姚院士風趣地說：“在培養(yǎng)學生方面，我大概是和別人家的導師稍微不一樣吧。我不會天天耳提面命地規(guī)定學生該幾點幾分來，幾點幾分走，單靠‘摳’是‘摳’不出名堂的。我更看重長期，如果你長時間沒有做出成果來，就說明你心有旁騖，沒有好好搞研究。”
姚建銓對學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，還著力于從方法上引導。
“我在教學中以給學生啟示為主，也會分派他們去做具體的工作。每個學生既要有團隊精神，也要有自己的研究成果和創(chuàng)造性想法。我們經(jīng)常交流，開‘頭腦風暴’式的小組討論會，大家圍繞著幾個關鍵詞進行討論，暢所欲言。思想一碰撞，往往就能迸發(fā)新的火花。”
姚建銓院士的啟發(fā)式教育有一個突出的特點，就是不會為他的學生制造思維“桎梏”。他不希望學生死記硬背，或是沒有自己的思考，僅僅機械性地按照老師教的去做，更不希望學生們的頭腦被條條框框局限住。如果學生因為能力和經(jīng)驗不足走進“死胡同”，他會適時給予具體指導，啟發(fā)式教學。
“我比較擅長于啟發(fā)學生的思路，不會規(guī)定非要第一步怎么做，第二步怎么做。培養(yǎng)學生的自學能力和自主創(chuàng)新能力，鼓勵他們在尊重科學規(guī)律的前提下，創(chuàng)新地去工作，放開思維去想。對于學生來說，比起單純積累知識，培養(yǎng)能力更重要。”
姚建銓院士相信，中國的青年一代科技工作者必定會青出于藍而勝于藍。他同樣堅信，在以習近平總書記為核心的黨中央的領導下，國家會走出一條中華民族自己的發(fā)展之路。在未來的科技發(fā)展領域，也將同樣實現(xiàn)中國夢。
他說：“我一直秉持一個觀點，就是要腳踏實地，一步一個腳印去工作，不能好高騖遠。既要有雄心壯志，有為了國家富強而奮斗的精神、氣魄，也要有一點一滴學習的勁頭。我相信中國大有希望，也充滿了前進的信心。”
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