理念先行 技术引导---从智能手机说起

鲍海飞 2015-7-3

当前，智能手机无疑是最为引人注目的通讯工具。透过智能手机，我们看到今天科技的发展是相当迅速和不可思议,手机已从单纯的通话装置演变成为具有多用途的计算机，这代表着一个真正的宽带时代来临了，人与人之间的距离不再是那样的遥远。一部手机展现的不仅仅是外表和功能，更能体现出的是技术发展的时代特征和内涵。

透过它的外表，看看这个‘瑞士军刀’的各种功能。除了通讯、娱乐游戏、歌曲、照相、收音机、电影和信息资料的存储等功能之外，一部手机通过互联网以及全球定位系统(GPS)，连接的不再是两个人的关系，而是多个人之间相互作用的关系，是人与人，人与地理，以及人与各种媒体、平台、服务中心，如银行、餐馆等的交互关系。这展示了它的互联性、信息性、多样性、服务性，以及即时性等。人们可以直接通过手机在网上学习，观看电视节目。人们的出行交通管理、安全急救、旅馆预定、车辆导航、天气预报、银行支付等，就变得相当容易。自然，智能手机的出现，让许多传统产业面临着巨大的生存挑战。

手机的背后，是什么技术在支撑完成着这些复杂的功能？让我们看看它的硬件和软件。在这一个只有巴掌大的天地上，智能手机就是一个十足的多功能灵巧传感器系统；它将多种技术、原理与功能融合于一身，是一个集成的微光机电系统(MOEMS)。正是麻雀虽小，但五脏俱全。它具有通讯和连入互联网收发功能的射频模块。一个显著特点是它具有一个对压力敏感的触摸屏，在这个操作界面上，如安卓操作系统，只要用手指点动图标，就能执行相应的功能，如照相，连入互联网，甚至是手电筒的功能。每个图标的后面都对应着一系列数学计算和分析功能。智能手机集成了众多十分微小的传感器，如所谓的十轴传感器，即包括三轴电子罗盘用于确定导航用的地磁场方向以及仰俯、摇摆、侧倾等角度变化，三轴微机械陀螺用于相机拍照中的防抖，还有三轴加速度传感器用于感知运动和方位（相片的横竖翻转功能等），以及压力传感器可以感知所处的高度等。此外，还配置了三个微机械麦克风用于识别声音和抑制噪声的声音传感器，以及用集成电路制作的图像传感器用于照相等。而每一种传感器在获取和传递信息的过程中，都是通过各自的电路和软件程序算法与内置的中央微处理器(CPU，相当于人的大脑)、内存保持通讯联系和计算等。未来手机的发展有更宽广的领域，甚至可以根据需要来订制，如可以配置温度传感器、湿度传感器、重量传感器、风速传感器，红外发射和接受的传感器等，用于个人需要和分析。在不久的将来，通过给智能手机配置特定的传感器，智能手机和智能家庭，以及一些远程智能终端相互连接，医生就可以远程对病人进行疾病的监控和诊断了。基于内置的传感器和编制的软件系统，未来手机的功能、应用和作用将更加丰富多彩。

那么，是什么技术在实现着这些曾经看似不可能完成的任务呢？最主要的是基于集成电路制造技术和微纳加工制造技术，这些技术实现着信息的获取、传递和处理。集成电路技术已经有近70年的历史，如今依然按照摩尔定律在向前迈进，目前其制造技术已经达到十几个纳米微细线条加工的水平。摩尔定律是说集成电路所制造的芯片其运算速度和性能大约每隔18个月左右将翻一番。换一种说法，该定律说明了人类科技发展和不断创新的速度。另一个技术是微纳加工制造技术，尤其是基于硅和压电材料的加工技术，在近30年左右，有了突飞猛进的发展。如基于硅的微机电系统，利用硅等材料的腐蚀技术，能够批量加工制造出非常小的、具有微米尺度、甚至纳米尺度的悬臂梁和薄膜等结构。这些微纳结构在外力的作用下会发生微小的形变响应，再通过压阻或电容等敏感检测方式，将运动信号提取出来，从而得到各种功能的、可靠性高的传感器，因此，只有做得小，做得巧，才能集成得多、用途多。

性能出色、功能卓越的设备不是凭空而来的，这不仅是多年技术传承发展的结果，更是为了不断完善设备功能而在其上不断投入了巨资经营的结果。因此，每当市场推出一代又一代新设备，不断地变换着花样的升级，这就让我们惊叹是技术在不断地创新着和引领着整个社会，是创意和激情在引领着技术，是技术向前推动着、实现着人们的梦想。目前科技成就的取得，如果说只是技术上的实现，不如说是人们在理念上的超越，从而带来功能的卓越。透过手机，我们看到，每台设备功能的实现，都是基于最基本的物理原理（传感、通讯）、数学处理方法（软件）和当前的工艺制造技术，然后才是该如何将实验室下的产品引向市场。因此，如果能够将一种数学方法或物理原理，巧妙地应用到设备中，那么就将导致设备工作模式发生本质的变化，从而完成设备的升级与创新。

近些年，国内外在很多方面的技术发展是相当迅速的，我们国家自行研发和装配的能力也都在不断提升。类似智能手机这样技术的出现的确让我们耳目一新。一台设备不仅仅是被摆弄的装置和工具，没有思想的钢铁框架和塑料壳，而是人们通过芯片、原理、网络、信号的传递等，赋予了这些设备更多的功能和智能，从而完成了很多意想不到的工作。因此，现代科技是融合集成了多种最新研发成果的科技。现在技术的发展体现了这个时代人们对理念和梦想的追求，这种理念和梦想导致了在技术的实现上更具有灵活性、创造性、多样性和智能性。这些对科研工作者来说都是非常富有启发性和学习性的。

创新一定需要领导者具有高超的技术吗？未必是这样。这也正如苹果公司的创始人乔布斯一样，他本人对技术也许并不十分在行，但他知道应该如何将一种技术引导人们走向何方。也就是他的这种文化理念，技术理念、市场理念、和他的梦想远远地走在了时代的前面，并能够将这种理念付诸于技术之中，从而开拓和引领着市场和技术的不断创新。

有人预言，未来五年，智能手机将消失，这也许不是一个幻想。前一段时间看了一段有关未来手机的发展视频，一种套在手腕上的‘手镯’，人们只需转动一下手臂，就可以看投射到手臂上的屏幕信息了。你相信吗？我相信这会发生的。竞争和创新在引领着人们一步一步向前，技术在以不同的方式发生着演变。因为，这是一个创意的世界，这是一个想象的世界。

有鉴于此，有一些启发和体会。现代微电子技术、微纳加工技术，互联网等信息技术的发展更加成熟，人们想象的翅膀更加自由和多彩。但创新不是凭空想象的，更不是等来急来的，而是基于现有技术、创新思想和先进的管理理念，创新才能一步一步脚踏实地而来。从大处着想，从小处入手，只有不断积累经验、丰富知识体系，逐步扩展，才能构建出宏伟蓝图。因此，在起步阶段，从小的系统和工程入手可能会比较容易产生突破。

将书本上的知识变成生产力，是一个值得我们思考的问题。将数学和物理、化学、甚至是生物等有机的融合和运用，才能打造崭新的世界，将技术的实体和理念的伸展推动创意的天地。将个人的灵感、激情和想象的空间向创造的空间推动和实现。

在技术的实现和追求过程中，要有十年磨一剑的心里准备，因为，每种技术的实现都非一朝一夕而来。即要向实处落脚，又要向虚处寻觅，才能柳暗花明又一村，才能把握时代的脉搏。又要有放长线钓大鱼的全局思想，而不能只顾眼前的蝇头小利。更重要的一点是，在探求创新的过程中，能否将最先进的技术和理念融合到待改进和升级的技术体系中，所谓：‘它山之石可以攻玉’，是一个重要的问题，这就需要开拓者要具有高屋建瓴的眼光。由此，体现出技术随时代发展的特征和内涵，体现出人们对技术创新理念的不断追求和完善，更体现出人类对自身梦想的追求。

现在科技所面临的任务往往是复杂的客体，而不是单一的对象。针对一种技术的实现，即需要个体的努力，又需要团队的精诚合作，营造和谐的研发环境；即需要某一领域的专业人才，又需要多学科交叉型人才。创新就是要激发个体的潜力和内劲，创新就是要调动整体的干劲和拼劲。因此，只有思在先，行也才能先。