【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】北理工張軍院士領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)秉承“報(bào)國擔(dān)當(dāng)，知微見著，交叉協(xié)同，卓越創(chuàng)新”的精神，在科技報(bào)國之路上勤耕不輟，6年甘坐“冷板凳”，潛心鉆研“熱課題”，聚焦片上光學(xué)研究新領(lǐng)域，攻克一個(gè)個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)難題。小小器件發(fā)揮大大作用，用光探測(cè)復(fù)雜世界，性能指標(biāo)國際領(lǐng)先，相關(guān)成果被《Nature》報(bào)道。
 

　　創(chuàng)新突破，開辟片上光學(xué)研究新領(lǐng)域
 

　　高光譜成像技術(shù)是一種能夠同時(shí)獲取目標(biāo)空間幾何信息和多波段光譜信息的光學(xué)探測(cè)技術(shù)，在衛(wèi)星遙感、深空探測(cè)、新質(zhì)裝備等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用。然而，現(xiàn)有高光譜成像技術(shù)存在系統(tǒng)體積大、重量重、難集成等瓶頸問題，嚴(yán)重制約了其在重大領(lǐng)域、新質(zhì)新域的發(fā)展和應(yīng)用。北京理工大學(xué)張軍院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)秉承“報(bào)國擔(dān)當(dāng)，知微見著，交叉協(xié)同，卓越創(chuàng)新”的精神，不懈攻關(guān)，努力開拓，首創(chuàng)了片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)，研制了國際首款百通道百萬像素高光譜實(shí)時(shí)成像器件，光能利用率創(chuàng)造世界最高記錄。
 

　　11月7日，國際學(xué)術(shù)期刊《自然》對(duì)該成果進(jìn)行了報(bào)道，北理工是該論文的唯一完成單位，張軍院士、邊麗蘅教授為共同通訊作者，博士研究生王振、碩士研究生張宇哲是文章主要完成人。片上光學(xué)研究是信息領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)，相關(guān)成果能夠獲得《自然》刊發(fā)，充分彰顯了北京理工大學(xué)復(fù)雜環(huán)境科學(xué)探測(cè)研究中心的原始創(chuàng)新能力，開啟了學(xué)校信息領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的新篇章。
 

　　突破，實(shí)現(xiàn)“片上光學(xué)”重大創(chuàng)新
 

　　“科研創(chuàng)新實(shí)踐要與國家發(fā)展絲絲相扣，要瞄準(zhǔn)事關(guān)國家安全的重大戰(zhàn)略需求，敢為人先，追求卓越。”智能化、微型化是新質(zhì)新域探測(cè)裝備的重要發(fā)展方向，其核心成像感知器件屬于國家戰(zhàn)略急需。“如何在自己的專業(yè)領(lǐng)域創(chuàng)新突破，應(yīng)用高光譜成像技術(shù)服務(wù)國家戰(zhàn)略急需？”邊麗蘅一直在思考著、實(shí)踐著。
 

　　高光譜智能成像器件體積僅有礦泉水瓶蓋大小，具有集成度高、質(zhì)量輕、成像速度快、成像精度高等特點(diǎn)

 

　　“越是急難險(xiǎn)重的任務(wù)，越要迎難而上；越是國家需要，越要有人去做。”從2018年開始，邊麗蘅秉持這樣的信念，開始了“片上光學(xué)”探索之路。從光刻集成到標(biāo)定重構(gòu)，從理論研究到應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，團(tuán)隊(duì)突破了多項(xiàng)瓶頸難題，首創(chuàng)了片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)，顛覆了傳統(tǒng)幾何分光架構(gòu)、窄帶測(cè)量機(jī)理、物理測(cè)量輸出模式，實(shí)現(xiàn)了片上寬帶異化調(diào)控的計(jì)算光譜成像，完成了由空白到成型的艱難歷程，開拓了片上光譜研究新領(lǐng)域。
 

　　科技創(chuàng)新是發(fā)展新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素，理論創(chuàng)新為技術(shù)發(fā)明奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。多年來，團(tuán)隊(duì)注重將原創(chuàng)性顛覆性技術(shù)轉(zhuǎn)化為創(chuàng)新成果，并實(shí)現(xiàn)重大場景應(yīng)用，形成新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的澎湃動(dòng)能。在實(shí)現(xiàn)理論突破的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)強(qiáng)化材料、光學(xué)、電子、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉，打造了核心關(guān)鍵技術(shù)群，研制了國內(nèi)首款百通道百萬像素高光譜實(shí)時(shí)成像傳感器，將光能利用率由典型的不足25%跨越提升至71.8%，創(chuàng)造世界最高記錄；器件僅重?cái)?shù)十克，體積僅有礦泉水瓶蓋大小，工作波段覆蓋了可見光和近紅外超寬波段，具有國際領(lǐng)先的時(shí)-空-譜分辨率。相關(guān)成果獲2023年度中國電子學(xué)會(huì)技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。
 

高光譜智能成像器件拍攝的月球表面實(shí)時(shí)光譜視頻
 

　　“你看，這是應(yīng)用我們的高光譜智能成像器件拍攝的月球表面實(shí)時(shí)光譜視頻，月表地形細(xì)節(jié)清晰、光譜探測(cè)精準(zhǔn)高效，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)和弱光場景的高分辨率實(shí)時(shí)光譜成像。”談到成果應(yīng)用，邊麗蘅興奮又自信。體積小、集成度高、質(zhì)量輕、成像速度快、成像精度高等突出特點(diǎn)，使得這枚小小的器件在國家新一代遙感重大工程、智慧交通工程、未來新質(zhì)裝備等重大領(lǐng)域獲得應(yīng)用，并在公共安全、智慧農(nóng)業(yè)、海洋科學(xué)、地質(zhì)勘測(cè)等多個(gè)國家重點(diǎn)領(lǐng)域都具有廣泛應(yīng)用前景。
 

　　探索無人區(qū)，實(shí)現(xiàn)突破創(chuàng)新，既需要頑強(qiáng)的毅力、百折不撓的精神，更需要敏銳的洞察力和前瞻的科研視野。對(duì)于這一成果的產(chǎn)出，邊麗蘅坦言，“每當(dāng)研究躑躅不前時(shí)，我們都會(huì)找張軍老師一起討論。他的科研指引和篤定堅(jiān)持讓我們能夠有信心走下來，也教會(huì)了我們要把握科學(xué)規(guī)律，從源頭探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題。”
 

　　卓越，培育科研領(lǐng)軍人才
 

　　“科研過程漫長且艱辛，張老師和邊老師勇攀高峰、追求真理的科學(xué)精神，成為了我學(xué)術(shù)道路上的燈塔?？恐鴮?dǎo)師們的指引與團(tuán)隊(duì)協(xié)作，憑借信念和熱愛，才有了現(xiàn)在的成果。”作為一名碩士研究生，能夠在《自然》上發(fā)表文章，張宇哲內(nèi)心無比激動(dòng)。無數(shù)個(gè)在復(fù)雜環(huán)境科學(xué)探測(cè)研究中心實(shí)驗(yàn)室與各類儀器作伴的日夜，失敗與轉(zhuǎn)機(jī)不斷重復(fù)，失望與欣喜交織錯(cuò)雜……都已成為這一成果的生動(dòng)注腳。
 

　　“人才培養(yǎng)與科技創(chuàng)新是一體化的，科研是發(fā)現(xiàn)知識(shí)、拓展認(rèn)知邊界、塑造科學(xué)思維的過程，更是培養(yǎng)人才、造就人才的過程。”入學(xué)之初與張軍老師的對(duì)話，為張宇哲、王振的科研實(shí)踐提供了動(dòng)力源泉，也為團(tuán)隊(duì)的人才培養(yǎng)提供了指引。多年來，團(tuán)隊(duì)注重發(fā)揮科研育人功能，不斷提升人才培養(yǎng)質(zhì)量和人才原始創(chuàng)新能力。王振在2021年剛?cè)雽W(xué)時(shí)還是一名科研的“門外漢”，但經(jīng)過三年的潛心研究、攻堅(jiān)克難，他已經(jīng)能夠跟材料、集成電路、計(jì)算機(jī)等不同領(lǐng)域的專家討論交流，發(fā)現(xiàn)和解決問題，實(shí)現(xiàn)了科研能力和專業(yè)素養(yǎng)同步提升，塑造了堅(jiān)韌不拔、不懈追求的意志品質(zhì)。
 

片上光譜復(fù)用感知架構(gòu)及其工作原理
 

　　“我們要做的就是給平臺(tái)裝上‘慧眼’，給裝備裝上‘明眸’，同時(shí)賦予機(jī)器更高維度的感知能力，事雖不易，但做科研是最酷的事兒。”高光譜智能成像方法的提出和樣機(jī)制備，是一個(gè)從0到1的過程，很多時(shí)候，團(tuán)隊(duì)都是在茫茫的大海中探索。王振說，“邊老師總是站在科研最前線，每周甚至每天都跟我們進(jìn)行高頻次深入研討，和我們擰成一股繩，一起面對(duì)每個(gè)困難，共同解決每一個(gè)問題”。
 

　　為者常成，行者常至。為了找到最合適的材料，團(tuán)隊(duì)師生不斷突破自己的學(xué)術(shù)背景，閱讀大量文獻(xiàn)，測(cè)試了上幾百種材料；為了實(shí)現(xiàn)有效的芯片級(jí)光學(xué)調(diào)控，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并實(shí)驗(yàn)了多種集成架構(gòu)和制備工藝；為了達(dá)到高精度成像和光譜重建，團(tuán)隊(duì)對(duì)著數(shù)萬行代碼反復(fù)進(jìn)行修改測(cè)試，構(gòu)建并不斷優(yōu)化光學(xué)系統(tǒng)與硬件結(jié)構(gòu)的適配與效率；為了驗(yàn)證樣機(jī)性能，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行上百次應(yīng)用試驗(yàn)，采集了上萬組數(shù)據(jù)。
 

　　“面對(duì)科技高峰，張老師和邊老師給了我兩把‘登山杖’，一把是瞄準(zhǔn)國家重大戰(zhàn)略和世界科技前沿的學(xué)術(shù)眼光，另一把是多學(xué)科交叉融合的科研方法，在他們的支撐下我得以大步向前。”張宇哲在碩士畢業(yè)論文致謝中寫道。2024年7月，張宇哲碩士畢業(yè)就職于一家人工智能龍頭企業(yè)，繼續(xù)開展前沿研究。王振在科研道路上，繼續(xù)追隨張軍和邊麗蘅的腳步，以興趣為導(dǎo)向，以勇氣為羽翼，立志成為“為國家科技進(jìn)步做貢獻(xiàn)”的領(lǐng)軍人。
 

　　托舉，造就一流人才隊(duì)伍
 

　　2018年，邊麗蘅從清華大學(xué)博士畢業(yè)，加入張軍院士團(tuán)隊(duì)。邊麗蘅在博士期間的主要研究方向是計(jì)算光學(xué)成像，來到團(tuán)隊(duì)后，張軍鼓勵(lì)他要瞄準(zhǔn)國家急需，結(jié)合個(gè)人的專業(yè)和興趣開展研究。“理想、時(shí)間、協(xié)作、靈感、機(jī)遇，缺一不可。”邊麗蘅記在心里、行在腳下，始終以“報(bào)國擔(dān)當(dāng)、卓越創(chuàng)新”為目標(biāo)，向著空白領(lǐng)域的科研高峰不斷攀登。
 

　　“探測(cè)裝備小型化、集成化、高性能，最早是張老師引導(dǎo)我做的方向。高光譜成像目前有很多人在做，但如何能夠做出體積小、便于攜帶、應(yīng)用廣泛的器件，是目前研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。”邊麗蘅介紹道。“我們團(tuán)隊(duì)有著非常開放、平等的科研氛圍，即使在行政事務(wù)非常繁忙的情況下，張老師也會(huì)定期與我們交流討論。”張軍在科研方向上的遠(yuǎn)見卓識(shí)、在科研工程中的悉心指導(dǎo)，為邊麗蘅鍥而不舍、矢志攻關(guān)提供了方向指引和堅(jiān)強(qiáng)保障。
 

　　“開展顛覆性原始創(chuàng)新研究，風(fēng)險(xiǎn)未知、成果待定、時(shí)間漫長，不僅要著眼當(dāng)下快速起步，更要耐得住寂寞，從基礎(chǔ)研究中尋找突破。”片上高光譜智能成像研究，無前人經(jīng)驗(yàn)可循、無成果可參考。經(jīng)冬復(fù)立春，6年時(shí)間里，團(tuán)隊(duì)戒驕戒躁、求真務(wù)實(shí)，在“冷板凳”上鉆研“熱課題”，攻克了一個(gè)個(gè)關(guān)鍵核心技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)“國內(nèi)首創(chuàng)”、“國際領(lǐng)先”。
 

　　青年人才要快速成長為科研骨干，既要有良師指引，也要有充足的資源保障。在張軍院士團(tuán)隊(duì)，“團(tuán)隊(duì)托舉，壓茬培養(yǎng)”已成為一種傳統(tǒng)。邊麗蘅剛到團(tuán)隊(duì)時(shí)，自己的科研經(jīng)費(fèi)、學(xué)生數(shù)量都很有限，團(tuán)隊(duì)統(tǒng)籌資源為他蓄勢(shì)聚力，支持他出成果出成績。如今，邊麗蘅已成長為團(tuán)隊(duì)的核心骨干，高水平成果陸續(xù)產(chǎn)出，并成功入選國家級(jí)青年人才計(jì)劃。積微成著、聚沙成塔，在這樣的培養(yǎng)模式下，團(tuán)隊(duì)近三年陸續(xù)有5位青年教師入選國家級(jí)青年人才計(jì)劃，牽頭獲得3項(xiàng)省部級(jí)科技一等獎(jiǎng)。
 

　　隨著片上光學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用推廣，邊麗蘅將繼續(xù)深耕這一領(lǐng)域，不斷探索新的研究方向和應(yīng)用場景。邊麗蘅的成長與發(fā)展是張軍院士團(tuán)隊(duì)傾心培育一流人才的生動(dòng)縮影。多年來，團(tuán)隊(duì)始終堅(jiān)持“有設(shè)計(jì)、有組織的科研”，統(tǒng)籌謀劃科研布局，為青年人才規(guī)劃成長路徑，精準(zhǔn)服務(wù)國家戰(zhàn)略急需，高水平論文、原始創(chuàng)新成果如井噴之勢(shì)持續(xù)產(chǎn)出，打造了一支服務(wù)國家科技自立自強(qiáng)的高水平人才隊(duì)伍。
 

　　近年來，北京理工大學(xué)堅(jiān)持教育、科技、人才“三位一體”統(tǒng)籌推進(jìn)，大力實(shí)施“科學(xué)組織的治校理教”，加強(qiáng)前瞻性思考、全局性謀劃、戰(zhàn)略性布局、整體性推進(jìn)，一大批青年教師取得大成果、實(shí)現(xiàn)大發(fā)展，為學(xué)校高質(zhì)量快速發(fā)展注入了澎湃動(dòng)力。未來，學(xué)校將全面貫徹黨的二十屆三中全會(huì)精神和全國教育大會(huì)精神，進(jìn)一步全面深化綜合改革，暢通教育、科技、人才的良性循環(huán)，打造國家戰(zhàn)略科技力量，為加快推進(jìn)高水平科技自立自強(qiáng)貢獻(xiàn)北理工力量。
 

　　原標(biāo)題：創(chuàng)世界記錄！“火眼金睛”探測(cè)復(fù)雜世界的光譜密碼