智能水刀、虹膜识别……这一年，国产技术不断

　　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！

　　2018年，高新技术成果在各行各业开花结果，在提高产业效能的同时也为人们的生活创造了更多便利。科技创新主体不约而同向着“自主掌握核心技术，打破国外垄断”的目标前行。

　　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、脑、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。