乐此不疲地研究微纳米技术近20年,成导航新宠

图片 2

图片 1

昆虫复眼具有导航和定位能力的奥秘在哪里?其精巧的组织、器官和结构经过35亿年的进化形成的生物功能和物理机能是什么?大连理工大学微系统研究中心褚金奎团队在我国率先于2004年开展了仿昆虫复眼偏振敏感结构、不依赖卫星导航的微纳传感器研究,在全球定位技术的研究中取得创新性成果,研究成果“偏振遥感物理机理、关键方法与技术应用”,获2015年国家技术发明奖二等奖,2015年6月19日在《Nature》出版社系列期刊《Scientific
Reports》上发表。

文/本报记者刘美玉 图/受访者提供

图片 2

一听采访的大连理工大学褚金奎教授是从事和机器人有关教学和研究时,就让记者心中满是惊喜。记者带着好奇之心走进了理工大学,拜访这位“与科技时代同步”的教授。

偏振光是光的第四维信息,在光的传播过程中,具有特定的振动方向,该振动方向被识别就可以作为导向信息被利用,光在大气的传播过程中形成了少量的偏振光,且偏振光波的分布还具有空间分布的稳定性和时间分布的可重复性,因此生物通过亿万年进化选择利用偏振光进行定位和导航。近年来,各国科学家开始对昆虫复眼的神奇功能进行探索,发现昆虫复眼神经感杆对偏振光敏感,于是开始研发模仿昆虫复眼的偏振敏感机理的导航技术。

采访时,褚金奎教授非常平和,和记者谈话时就像一位许久未见的老朋友。“我从事关于机器人的仿生微纳导航传感器,微执行器与微能源以及机构学与机器人方面的研究近20年了。”褚金奎教授,来大连之前,于1997年已被聘为教授、博士生导师和跨世纪学科带头人,目前在大连理工大学微系统中心工作。他带领团队在仿生微纳导航传感器的研究中,通过对沙蚁偏振光导航机理的研究,在国内第一个利用先进的微纳米加工手段,设计制作出了偏振光敏感仿生微纳导航传感器样机,并成功进行了机器人的自主导航实验,著名学者J.Chahl认为性能指标已超过美国同行的工作;在微执行器的研究中,借助提出的机构拓扑类型综合和尺寸优化的理论和方法,利用微电铸,微刻蚀等MEMS加工手段,根据不同的微操作对象,在国内首次设计制作出多种新型的整体尺寸在毫米量级最小构件尺寸在十微米左右的电热驱动镍微夹钳、硅微夹钳和聚合物微夹钳,并成功用于MEMS器件和生物细胞的微操作……

之所以展开基于仿生机理的导航和定位技术的研制,是为汲取生物飞行中自主导航、抗干扰、适应性强的特点。目前大多数国家移动设备是由卫星系统(GPS、GLONASS、北斗)导航,战时很容易受到破坏和干扰,为争夺在军事上信息不对称优势和增强精确打击能力,各发达国家正在大力发展多种新型自主导航系统。

听着这些超级专业的知识,敬佩之心油然而生。在接下来的交谈中记者得知,褚金奎教授还是名“海归”。原来,褚金奎教授2002年从日本东北大学回国后加入大连理工大学现代制造研究所,以主要骨干的身份协助王立鼎院士成立了首批大连理工大学科研创新团队——微系统中心科研团队,参与申请并成功获批了大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室、辽宁省微纳米技术及系统重点实验室以及微系统与微制造辽宁省高校重点实验室,参加组建了东北MEMS联合体,组建了微机电系统与精密工程研究所,参与论证和购置了实验室整套的MEMS加工设备和微特性测试仪器。而且,在团队建设中,褚金奎教授作为微传感器和执行器的方向负责人,已培养教授3人,副教授3人,讲师4人,博士、硕士研究生80余名。

褚金奎团队对天空偏振光分布规律和多通道式仿生偏振导航传感器进行了开创性研究,采用纳米级加工手段制作了测角精度高于0.1°、质量小于2kg的高精度仿生偏振光导航原理样机,经机器人导航检测,实现了移动机器人精确轨迹规划实验,证明微纳传感器可以充分利用于移动设备导航,搭建全新的导航系统。该项研究不仅为揭开自然界生物不可思议的全球定位能力提供了一种崭新的研究思路,也可为机器人及无人机等技术领域提供一种强有力的自主导航定位手段。

取得这么多成就,一定特别辛苦、忙碌。对此,褚金奎教授告诉记者:“想在一个专业取得一些成就,就得无怨无悔地付出,就得不停地进行课题研究和探讨。”

褚金奎介绍,这是一个汇集生物、物理、微电子、机械等领域的前沿学科大交叉,创新之处在于:建立了多天气、多时间位置节点的大气偏振光分布模式数据库和理论模型,并根据昆虫复眼形态学研究现状,探究对偏振光敏感的微纳结构和机制;通过微纳加工技术手段,研制了具有多方向、大面积的纳米光栅结构,制作出具有微纳结构的仿生偏振光敏感器件;并对仿生微纳偏振光敏感器件进行实验测试与技术标定,实现了微纳敏感传感器定位导航应用、姿态控制应用,验证了动态控制下的高精准性和有效性。

褚金奎,1965生,博士学位,现任大连理工大学微机电系统与精密工程研究所副所长,博士生导师。近五年,他获得国家973课题3项,863课题2项,国家重点基金项目2项,面上基金项目5项以及其它省部级项目多项。获授权发明专利18项。获得国家科技发明二等奖一项,教育部甲类科技进步二等奖两项,省部级科技进步三等奖两项。

本文链接:

You can leave a response, or trackback from your own site.

Leave a Reply

网站地图xml地图