現(xiàn)如今，智慧的車距離我們的生活越來越近。輪胎作為車輛唯一接觸路面的部件，在智慧交通中扮演重要角色。在山東科技大學(xué)，有一支交叉學(xué)科組成的科研隊伍，正嘗試為輪胎裝上“大腦”，借助傳感器讓輪胎像人類皮膚一樣可以靈敏感受微小形變，實現(xiàn)高靈敏毫秒級和胎紋級的輪胎動力學(xué)參數(shù)測量。這一創(chuàng)新面臨哪些挑戰(zhàn)，又是如何一步步走進現(xiàn)實的？它將會給我們的生活帶來哪些改變？

交叉學(xué)科獲批

今年9月，國務(wù)院學(xué)位委員會發(fā)布《關(guān)于下達2024年度動態(tài)調(diào)整撤銷和增設(shè)的學(xué)位授予點名單的通知》，其中，山東科技大學(xué)獲批集成電路科學(xué)與工程碩士一級學(xué)科。該學(xué)科的獲批，實現(xiàn)了學(xué)校交叉學(xué)科門類一級學(xué)科的突破，進一步優(yōu)化了學(xué)校學(xué)科布局，為學(xué)校推進學(xué)科交叉融合、創(chuàng)新人才培養(yǎng)、更好地服務(wù)國家和區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展需求提供了有力支撐。

集成電路是信息時代的“工業(yè)糧食”，小到手機、家電，大到超級計算機、衛(wèi)星通信，都依賴于“芯片”。集成電路學(xué)科該如何破解“卡脖子”難題？交叉融合又怎樣激發(fā)創(chuàng)新火花？

“現(xiàn)在數(shù)據(jù)很正常，1秒鐘大約1.5個脈沖，剎車的數(shù)據(jù)也有，保持一下速度的穩(wěn)定?！痹谏綎|科技大學(xué)，一場智能輪胎的測試正在緊張進行。山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院院長陳達在車上緊盯著手上的電腦屏幕。

陳達表示，調(diào)整了傳感器和整個的電路系統(tǒng)之后，整個測試系統(tǒng)比原來穩(wěn)定得多。在之前，經(jīng)過顛簸路段和側(cè)傾路段后會有信號丟失、丟包的情況，從這次測試結(jié)果來看，這種情況已經(jīng)很少發(fā)生。

聰明的輪胎如何打造

山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院研發(fā)的用于輪胎健康監(jiān)測的柔性形變傳感系統(tǒng)，相當(dāng)于給車安上聰明的輪胎，輪胎的數(shù)據(jù)能及時傳輸?shù)诫娔X上，為保證輪胎健康提供數(shù)據(jù)支撐。

別看現(xiàn)在數(shù)據(jù)采集順利，在項目研究之初，如何給柔軟的輪胎安上數(shù)據(jù)采集器，就是個“老大難”。

據(jù)賽輪集團技術(shù)研發(fā)中心總經(jīng)理助理姚冰介紹，目前市面上的智能輪胎，大多是對氣壓和溫度進行常規(guī)監(jiān)測，要想讓輪胎更聰明、更智能，就需要基于力學(xué)信息測量它的應(yīng)變。測量應(yīng)變需要應(yīng)變傳感器，因為輪胎滾動過程中橡膠會發(fā)生柔性旋轉(zhuǎn)，一般傳感器在測量中容易破碎，而山東科技大學(xué)的柔性傳感器技術(shù)剛好貼合輪胎這種柔性體。

山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院長期致力于交叉學(xué)科建設(shè)，建立了一支結(jié)構(gòu)合理、創(chuàng)新能力較強的學(xué)術(shù)隊伍，聚集“集成電路設(shè)計與設(shè)計自動化”“集成電路制造工程”“集成納電子科學(xué)”等學(xué)科方向，開設(shè)“集成電路+材料”“集成電路+人工智能”“集成電路+控制”等交叉課程模塊，推動學(xué)科跨界創(chuàng)新。

其中，科研團隊研發(fā)的基于碳納米管的柔性可拉伸傳感器就是融合創(chuàng)新的代表之一。這種傳感器具有高穩(wěn)定性和超靈敏特性，應(yīng)用于智能手套等可穿戴設(shè)備，解決了傳統(tǒng)硬質(zhì)傳感器的穿戴不適性和信號干擾問題。

看中山東科技大學(xué)在柔性可拉伸傳感器領(lǐng)域的科研實力后，賽輪集團與山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院科研團隊進行了產(chǎn)學(xué)研合作。

山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院集成電路系副主任劉一劍說：“柔性的形變傳感器，一般采用對形變敏感的納米材料。但這種非常敏感的材料，它的可靠性、穩(wěn)定性會受到一定限制。而在長期多次的輪胎沖擊過程中，納米的結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，可能會出現(xiàn)信號畸變、零線漂移等現(xiàn)象?！?/p>

如何讓敏感的材料不嬌弱？這個問題始終困擾著研發(fā)團隊，直到一次“集成電路+材料”交叉課程的刻蝕實驗，讓他們“靈光一閃”。

山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院研究生杜小鵬在做刻蝕實驗時，突然想到：如果將柔性傳感器與硅片一起刻蝕的話，對柔性傳感器會有什么樣的影響？

經(jīng)過測試，杜小鵬發(fā)現(xiàn)，柔性傳感器在可靠性方面有了很大的提升。后續(xù)經(jīng)過多次實驗，他發(fā)現(xiàn)，傳感器經(jīng)過100萬次循環(huán)拉伸，信號依然沒有明顯衰減。

據(jù)劉一劍介紹，在對納米材料進行表面刻蝕清洗的過程中，碳管和襯底與等離子體進行反應(yīng)，在表面進行等離子體處理，經(jīng)過處理的敏感導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，可以實現(xiàn)將納米材料固定到襯底上，并且仍然具有靈敏性。

蜘蛛網(wǎng)帶來的靈感

材料問題得以解決，傳感器的耐用性得到提升，但反映輪胎形變的效果卻并不理想。

檢測輪胎形變的時候，有一個關(guān)鍵的問題：如何用一個形變網(wǎng)絡(luò)大面積地傳感各個地方的形變分布？正當(dāng)研發(fā)人員百思不得其解時，在散步時看到的一張蜘蛛網(wǎng)激發(fā)了他們的靈感——蜘蛛網(wǎng)也有一個很大的面積，但是一只蜘蛛就可以來測整個面積的微小的形變。

“我們完全可以通過仿生技術(shù)把一個蜘蛛網(wǎng)形狀的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)鋪設(shè)在輪胎內(nèi)部，進而有效感知輪胎內(nèi)側(cè)的形變分布?！碧岬竭@個“意外之喜”，劉一劍難掩興奮。

有了仿生技術(shù)的靈感之后，科研團隊人員憑借激光打印大型圖形的技術(shù)優(yōu)勢，經(jīng)過上千次實驗，做出海量圖形設(shè)計，最終從中選定4組共32個蛛網(wǎng)傳感器的結(jié)構(gòu)。經(jīng)過實際測試發(fā)現(xiàn)，其靈敏性和可靠性都非常出色。

據(jù)山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院教師宋戈介紹，把這4組傳感器均勻地部署在輪胎內(nèi)壁上，傳感器的重量就能實現(xiàn)均勻分布。但這32路傳感器接入采集板以1K赫茲的采集頻率采集數(shù)據(jù)時，出現(xiàn)了新的挑戰(zhàn)——這么多傳感器、這么高的采集頻率，所產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)勢必影響傳輸速度。于是，研發(fā)人員通過在本地對數(shù)據(jù)減負(fù)，進行減負(fù)后再傳輸，實現(xiàn)在不影響輪胎動平衡的前提下可靠、穩(wěn)定傳輸大量數(shù)據(jù)。

六邊形戰(zhàn)士

有了高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)募映?，這套輪胎柔性傳感系統(tǒng)對微形變的靈敏性達到與人類皮膚相當(dāng)?shù)乃?，系統(tǒng)實現(xiàn)了高靈敏毫秒級和胎紋級的輪胎動力學(xué)參數(shù)測量，結(jié)合人工智能算法和大模型，能夠?qū)β访嫘畔⒑洼喬サ墓ぷ鳡顩r進行智能識別。

眼下，科研團隊正在瞄準(zhǔn)傳感器與輪胎一體化方向發(fā)力，為產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用持續(xù)攻關(guān)。

據(jù)陳達介紹，這個項目最開始是國家重點研發(fā)的一個子課題，后來被列入“青島市重點專項”，由企業(yè)牽頭，學(xué)校負(fù)責(zé)傳感器的部分，企業(yè)負(fù)責(zé)整個輪胎制造和生產(chǎn)的部分以及應(yīng)用的部分。這套系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性能夠滿足輪胎長時間轉(zhuǎn)動時接受地面數(shù)十萬次沖擊的要求，是在靈敏性、線性度、可靠性、穩(wěn)定性、快速性和智能化方面表現(xiàn)突出的“六邊形戰(zhàn)士”。

這樣一個成果是通過材料、機械 、電子計算機等多個學(xué)科的交叉來完成的，學(xué)科交叉為解決產(chǎn)業(yè)中的真問題提供了真方法。經(jīng)過3年2000多次的實踐，實現(xiàn)了以少感多、以軟補硬、以算補衰的效果。

企業(yè)對這一科研成果的應(yīng)用前景也充滿信心，據(jù)賽輪集團技術(shù)研發(fā)中心總經(jīng)理助理姚冰介紹，在大型礦山上的很多車都是無人駕駛的，長時間運轉(zhuǎn)過程中輪胎會生熱，導(dǎo)致輪胎疲勞、損壞、失效，甚至出現(xiàn)爆胎等各種各樣的情況，這個時候智能輪胎如果能夠提前預(yù)警，比如在達到一定溫度后，提醒司機和車隊需要休息幾個小時，能延長輪胎使用壽命。

電子傳感器讓智慧的輪胎成為可能，這只是山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院交叉學(xué)科廣闊應(yīng)用前景的冰山一角。

以賽促學(xué)長本事

為了打造具有行業(yè)特色的集成電路學(xué)科人才培養(yǎng)基地，學(xué)院還特別注重發(fā)展個性化、多元化交叉人才培養(yǎng)模式。這幾天，山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院研究生劉子旋正在實驗室里跟團隊一起優(yōu)化算法和硬件設(shè)計，打算“以老帶新”幫助團隊沖擊接下來的比賽——他們團隊去年剛剛斬獲全國大學(xué)生集成電路創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽二等獎。

談及這次獲獎經(jīng)歷，劉子旋印象十分深刻：“以前我們都是只寫代碼或者只做硬件，而這次是理論、實踐相結(jié)合。無論是算法、軟件撰寫，還是到最后整個系統(tǒng)集成到硬件，全都由我們團隊自己執(zhí)行，我感覺這種經(jīng)驗還是非常寶貴的?！?/p>

為以賽促學(xué)，學(xué)院打造了24小時不打烊的創(chuàng)新實驗室，除了免費提供賽事需要的硬件設(shè)備，還為每位學(xué)生配備專業(yè)導(dǎo)師，提供一對一指導(dǎo)。學(xué)院學(xué)生在科技創(chuàng)新競賽方面取得顯著成績，近五年來累計獲獎2645項，其中國家級獎項387項、省級獎項2258項。

山東科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院集成電路系主任王立華說：“通過比賽促進學(xué)生們的專業(yè)學(xué)習(xí)，通過賽前訓(xùn)練提高他們的專業(yè)能力，能夠全面地提高他們的實踐能力，對學(xué)生將來就業(yè)以及讀研是非常有幫助的。我們有好多這樣的學(xué)生，特別是在全國電子設(shè)計競賽獲國獎的同學(xué)，畢業(yè)以后進入華為、騰訊等一線大廠，能力得到認(rèn)可?！?/p>

人才培養(yǎng)貼合產(chǎn)業(yè)需求

除了在科技創(chuàng)新競賽中磨練本領(lǐng)，學(xué)校還深入產(chǎn)業(yè)用人需求，與駐青企業(yè)打造海信班、芯恩班、歌爾班等企業(yè)特色班，讓學(xué)生在生產(chǎn)研發(fā)一線學(xué)得真本事。

海信集團顯示事業(yè)部招聘專員董妍君表示：“今年是海信班運營的第四年，每年我們會在機電學(xué)院等9個學(xué)院遴選優(yōu)秀同學(xué)組建海信班，人數(shù)為30到40人，進行為期一年的培養(yǎng)。通過校企合作、展廳參觀、課題教研、企業(yè)走進學(xué)校等活動，來幫助同學(xué)更好地提高職場競爭力?！?/p>

通過研究生聯(lián)合培養(yǎng)、企業(yè)虛擬班、課程體系優(yōu)化和實驗室共建、認(rèn)證培訓(xùn)等形式，學(xué)校與海信集團、芯恩半導(dǎo)體、歌爾微電子、阿里平頭哥、龍芯中科等頭部企業(yè)進行深度合作，通過“集成電路通識教育”為區(qū)域集成電路產(chǎn)業(yè)鏈的大量崗位培養(yǎng)多學(xué)科交叉人才，助力規(guī)模企業(yè)實現(xiàn)人才本地化，目前已為青島市培養(yǎng)集成電路產(chǎn)業(yè)急需的集成電路人才200余名。

發(fā)揮高校新工科專業(yè)優(yōu)勢

為充分發(fā)揮高校新工科專業(yè)優(yōu)勢，11月14日，山東科技大學(xué)牽頭成立山東省高校新工科服務(wù)山東產(chǎn)業(yè)發(fā)展聯(lián)盟。山東科技大學(xué)副校長薛慶忠表示，接下來，學(xué)校聚焦集成電路、人工智能量子科技、高端裝備、新能源新材料等關(guān)鍵領(lǐng)域，構(gòu)建“政產(chǎn)學(xué)研用一體化”協(xié)同創(chuàng)新機制，為服務(wù)國家重大戰(zhàn)略與山東“十強產(chǎn)業(yè)”需求提供堅實的科技和人才支撐。

近年來，山東科技大學(xué)堅持以國家戰(zhàn)略和社會需求為牽引，優(yōu)化調(diào)整學(xué)科布局，大力推進學(xué)科交叉和交叉學(xué)科建設(shè)，培養(yǎng)了大批社會急需的復(fù)合型人才。山東科技大學(xué)的實踐啟示我們，教育、科技、人才已經(jīng)成為支撐引領(lǐng)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵要素。高校作為教育、科技、人才發(fā)展的重要交匯點，要深刻把握三者內(nèi)在一致、相互支撐的邏輯關(guān)系，堅持把教育作為科技創(chuàng)新、人才培養(yǎng)的先導(dǎo)性支撐，把科技作為教育變革、人才成長的重要牽引，把人才作為科技進步、教育發(fā)展的關(guān)鍵力量，為強國建設(shè)、民族復(fù)興偉業(yè)作出新的更大貢獻。