走在傳感技術(shù)研究前沿的“弄潮兒”

　　隨著新科技浪潮的興起，世界已經(jīng)開始進入到信息化時代，IT技術(shù)、生命科學和納米材料學作為三大支柱型科技，引領(lǐng)了未來發(fā)展的主要方向。在科技發(fā)展的進程中，對于信息的掌握和利用必然被放在首位，傳感器是在此過程中獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段。傳感器技術(shù)是推動機器人和其他工業(yè)系統(tǒng)設計進步的重要基礎(chǔ)，其中，慣性傳感器提供的運動信息非常有用，不僅能改善性能，而且能提高可靠性、安全性并降低成本，有可能改善其系統(tǒng)性能或功能的應用還包括：平臺穩(wěn)定、工業(yè)機械運動控制、安全/監(jiān)控設備和工業(yè)車輛導航等，在國防軍事、資源勘探與開發(fā)、地質(zhì)學研究等領(lǐng)域均具有巨大應用潛力。為此，中國科學院電子學研究所傳感技術(shù)聯(lián)合國家重點實驗室特聘研究員鄒旭東選擇了微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)及高精度慣性傳感器為研究方向，走上了一條理論研究與應用開發(fā)并行的道路。

　　英倫古鎮(zhèn)掀起的東方風暴

　　2014年，在英國劍橋大學邱吉爾學院院士(Postdoc By-Fellow)的評選中，一個黑頭發(fā)、黃皮膚的中國面孔出現(xiàn)在來自世界各國不同膚色的候選人之中。憑借著在高精度微機電慣性傳感器方面的出色研究成果，他從近百位候選者中脫穎而出，成為10名入選者中惟一的中國人。他就是鄒旭東，我國“青年千人計劃”入選者，現(xiàn)任中國科學院電子學研究所特聘研究員。

　　作為譽滿全球的世界頂級研究型書院聯(lián)邦制大學，劍橋大學是英語世界中第二古老的大學，在建校800多年的歷史中曾涌現(xiàn)出牛頓、達爾文等一批引領(lǐng)時代的科學巨匠，造就了培根、凱恩斯等貢獻突出的文史學者。學院制是學校最為顯著的特色，劍橋大學現(xiàn)有31個獨立自治學院，三個女子學院，兩個專門的研究生院。其中，邱吉爾學院建立于1960年，半個多世紀以來，學院的Fellow中聚集了一大批杰出的自然科學與工程領(lǐng)域的科研工作者，其中還走出了30多位諾貝爾科學獎獲得者。

　　鄒旭東介紹，為促進不同領(lǐng)域研究者相互之間的交流和頭腦風暴，學院為Fellow們提供了諸多便利。在這里有定期舉辦的學術(shù)沙龍，可以聽到不同領(lǐng)域的專家講述各自領(lǐng)域內(nèi)的最新進展，他們還會用最完善的語言闡述最專業(yè)的研究;有免費參加的晚宴和酒會讓大家在緊張的教學與科研之余，得以在輕松的環(huán)境中暢所欲言，碰撞出思想的火花;還有時常能夠在學院里不期而遇的前輩大師，或同行一段路，或共度下午茶時光，無論與他們的交流是否涉及具體的學術(shù)問題，但是卻能夠讓人在研究的視野與人生的哲理上獲益良多。他加入到這一群體當中，不但研究上遇到的一些困難得以解決，而且收獲了諸多全新的靈感與思路。

　　“那段經(jīng)歷全方位地促進了我的成長。”鄒旭東如是說。他介紹，劍橋大學的知識產(chǎn)權(quán)體系、制度相對完善，需要申請專利時，只要把申請文本和創(chuàng)新點寫好，就會有專門的機構(gòu)負責幫助申請。作為研究人員只需要負責與技術(shù)相關(guān)的問題，其他的事都可以根據(jù)協(xié)議完成。在協(xié)議的框架內(nèi)，權(quán)利人是劍橋大學的產(chǎn)業(yè)化機構(gòu)，發(fā)明人是研究人員，可以通過投資金額、應用方向，通過不同的授權(quán)方式，體現(xiàn)投資價值和應用價值。在收益方面則有固定的比例分成。完善的機制確保了研究人員可以把更多精力放在技術(shù)研發(fā)上，必要時候還能根據(jù)市場需求做一些技術(shù)上的調(diào)整，專利授權(quán)也會跟著調(diào)整。

　　在這樣一種濃郁的學術(shù)氛圍、高效的科研機制下，鄒旭東不僅在高精度微機電系統(tǒng)加速度傳感器的設計、制造、測試等方面取得了重大進展，而且在傳感器的電路設計、溫度補償、模態(tài)失配機制等領(lǐng)域也取得了多項重大應用性科研成果和基礎(chǔ)性研究成果。

　　事實上，鄒旭東2009年畢業(yè)于北京大學元培計劃實驗班(微電子專業(yè))后，即遠赴英國，進入劍橋大學工程系攻讀博士學位，主要從事高精度諧振式微機電慣性傳感器的研發(fā)以及微機電諧振器的相關(guān)基礎(chǔ)研究。他2013年順利取得博士學位，之后又從事了多年研究員工作，在那些年中先后得到了英國皇家學會院士、皇家工程院院士、前英國國防部首席科學家、劍橋大學圣凱瑟琳學院院長、電子與光電子系主任、納米技術(shù)終身教授Mark E.Welland爵士，國際MEMS慣性傳感器領(lǐng)域的著名專家、劍橋大學微系統(tǒng)技術(shù)教授Ashwin A.Seshia和電力電子傳感器領(lǐng)域的國際著名專家、Camsemi等三家高科技傳感器公司的創(chuàng)始人、劍橋大學電力電子學終身教授Florin Udrea等杰出導師的親自指導，并接受了世界著名高等學府優(yōu)秀科研環(huán)境的良好熏陶。

　　多年的潛心鉆研與積淀，成為鄒旭東科研事業(yè)的基礎(chǔ)，為他的科技之夢提供了巨大助力。

　　專注微機電傳感器技術(shù)研發(fā)與革新

　　鄒旭東是標準的“80”后，1986年出生在山東。2006年，在首批“國家大學生創(chuàng)新性試驗計劃”資助下，進入“北京大學微米/納米加工技術(shù)國家重點實驗室”，從此與微機電系統(tǒng)技術(shù)研究結(jié)下了不解之緣。

　　“高新技術(shù)的發(fā)展必須面向產(chǎn)業(yè)，面向世界提升核心競爭力。”對于科研工作，鄒旭東有著自己的理解。因此，他在讀博士時就要求自己一定要做面向應用的研究，唯有如此，科技上的發(fā)展與創(chuàng)新才能實現(xiàn)其固有價值。從博士到擔任研究員工作，鄒旭東對于“面向產(chǎn)業(yè)的技術(shù)研發(fā)”有著自己的深刻體會。他常說，學術(shù)上的創(chuàng)新往往源于應用實踐，只有在實踐中發(fā)現(xiàn)問題、研究問題，才能更好地通過研究產(chǎn)生學術(shù)成果。因此，取得成果不能完全依賴研究的前沿性，還必須注重與應用實踐的結(jié)合。

　　MEMS是20世紀80年代末出現(xiàn)的一種戰(zhàn)略性高新技術(shù)，引起各發(fā)達國家的廣泛關(guān)注，近年來更是形成全球化的產(chǎn)業(yè)。隨著新一輪技術(shù)革命浪潮的興起，以微傳感器、執(zhí)行器為代表的MEMS技術(shù)應用迎來了更廣闊的發(fā)展空間。MEMS加速度計是最早實用化的MEMS技術(shù)成果之一。然而，現(xiàn)有的產(chǎn)品普遍精度較低，少數(shù)高精度MEMS加速度計產(chǎn)品受制于傳感原理的限制，難以滿足特定應用的需求。在英國的那些年中，鄒旭東一直從事基于諧振式傳感原理的高精度MEMS加速度傳感器的研發(fā)工作，針對如何提升諧振式微機電慣性傳感器測量精度的核心問題設計了一系列高精度微機電加速度傳感器，并以此為核心研發(fā)了高精度微型測振儀和微型相對重力儀，用于實現(xiàn)對低頻、準靜態(tài)的加速度信號進行精確的立體測量。

　　“我的這項研究主要是為滿足油氣行業(yè)對分布式井下局域重力場數(shù)據(jù)獲取的需要，要求儀器設備能夠在生產(chǎn)井的環(huán)境下正常工作。因此對儀器的體積大小、抗震能力、耐高壓高溫能力等多個方面具有嚴格的要求。”鄒旭東說。

　　經(jīng)過反復的嘗試和實踐，他運用完全自主開發(fā)的“諧振傳感單元、慣性力耦合—放大器與支撐結(jié)構(gòu)聯(lián)合設計”方法，在保持傳感器的微機械結(jié)構(gòu)體積基本不變的情況下，顯著提高了諧振式微機電加速度傳感器的靈敏度，為實現(xiàn)高精度測量提供了保證。