申強(qiáng)：逐夢(mèng)MEMS陀螺科技之巔

王艷敏

申強(qiáng)

航展、武器展，哪個(gè)展臺(tái)最能體現(xiàn)一個(gè)國(guó)家的軍事發(fā)展水平？問(wèn)題的答案眾說(shuō)紛紜，說(shuō)發(fā)動(dòng)機(jī)的有，說(shuō)雷達(dá)的也有，但是軍事圈有個(gè)默認(rèn)的規(guī)則：導(dǎo)航系統(tǒng)先進(jìn)，則武器一定先進(jìn)；導(dǎo)航系統(tǒng)落后，武器系統(tǒng)一定臃腫低能。所以，全世界資深軍事家觀展時(shí)有個(gè)必看的關(guān)鍵項(xiàng)目，就是：導(dǎo)航儀。導(dǎo)航儀的種類(lèi)很多，有衛(wèi)星導(dǎo)航儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、微機(jī)械陀螺儀。其中微機(jī)械陀螺作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本核心元件，具有體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)防軍事領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用需求。

但當(dāng)前，基于微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“MEMS技術(shù)”）的高端工業(yè)裝備以及航空、航海用陀螺幾乎全被國(guó)外企業(yè)壟斷，同國(guó)際先進(jìn)水平相比，國(guó)內(nèi)新品研制及技術(shù)工藝大約落后5～10年。為打破當(dāng)前困局、趕超國(guó)外先進(jìn)技術(shù)水平，探索MEMS陀螺高精度實(shí)現(xiàn)的新方法變成一件迫在眉睫的事情。

為不斷提升MEMS傳感器性能指標(biāo)，探索科技發(fā)展前沿，西北工業(yè)大學(xué)機(jī)電學(xué)院副研究員申強(qiáng)已在MEMS傳感器技術(shù)領(lǐng)域執(zhí)著鉆研12年，憑著對(duì)慣性傳感器——微機(jī)械陀螺的系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析及其高精密測(cè)控電路技術(shù)的深刻理解，在這一領(lǐng)域他已收獲了諸多可圈可點(diǎn)的創(chuàng)新成果，為提升我國(guó)國(guó)家安全水平提供了重要的技術(shù)保障。

扎根西工大 探索最前沿

申強(qiáng)是土生土長(zhǎng)的西安人，也是真正本土培養(yǎng)的MEMS陀螺青年學(xué)者，他常說(shuō)自己很“土”，“土”到除了出差幾乎沒(méi)離開(kāi)過(guò)西安，沒(méi)離開(kāi)過(guò)西北工業(yè)大學(xué)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“西工大”）。

高考時(shí)，雖也想過(guò)到外面的世界去看看，在志愿上填報(bào)了幾所外省的學(xué)校，但他還是被西工大的提前批次直接錄取了。

本以為自己分?jǐn)?shù)很高，入學(xué)申強(qiáng)才發(fā)現(xiàn)班里不乏全國(guó)各地的高考狀元。在強(qiáng)者如林的氛圍中，對(duì)于學(xué)業(yè)，申強(qiáng)不敢有絲毫懈怠。大三時(shí)，這個(gè)狀元班要進(jìn)行重新分流，申強(qiáng)被分到了自動(dòng)化學(xué)院，專(zhuān)業(yè)為測(cè)控技術(shù)與儀器，這是西工大的一個(gè)特色專(zhuān)業(yè)。師從秦永元教授，申強(qiáng)對(duì)陀螺的探索從那時(shí)開(kāi)啟。

“秦教授是我國(guó)慣性導(dǎo)航領(lǐng)域權(quán)威，西工大慣性導(dǎo)航專(zhuān)業(yè)的發(fā)展壯大離不開(kāi)秦教授所做的貢獻(xiàn)。當(dāng)時(shí)老爺子年齡也大了，有幸得到他的指導(dǎo)是非常幸運(yùn)的事。”提到秦永元教授，申強(qiáng)滿是尊敬?！皫煾殿I(lǐng)進(jìn)門(mén)，修行在個(gè)人。”在秦教授的指引下，申強(qiáng)逐漸入了門(mén)，對(duì)所學(xué)的東西也越來(lái)越感興趣，為了學(xué)到更多知識(shí)，申強(qiáng)決定繼續(xù)深造。

當(dāng)時(shí)機(jī)電學(xué)院在做微型陀螺，這與申強(qiáng)本科所學(xué)有關(guān)聯(lián)，于是他決定報(bào)考機(jī)電學(xué)院的研究生。哪知這一考，申強(qiáng)就再也沒(méi)離開(kāi)過(guò)機(jī)電學(xué)院，在這里讀完了碩士又接著讀博士。

很多人都覺(jué)得讀博士很辛苦，但申強(qiáng)卻沒(méi)這種感覺(jué)。“也許是當(dāng)時(shí)只想把手上的課題做好，辛苦與否根本不在我的考慮范圍之內(nèi)吧。后來(lái)有了比較，我突然感覺(jué)原來(lái)博士期間我付出了很多?！鄙陱?qiáng)笑著說(shuō)。

5年博士，申強(qiáng)找到了科研的感覺(jué)與狀態(tài)，把手中的研究繼續(xù)做下去是他當(dāng)時(shí)最強(qiáng)烈的想法。有電子與機(jī)械工程的交叉學(xué)科背景，還有博士期間的優(yōu)異表現(xiàn)，導(dǎo)師苑偉政教授對(duì)他的工作很認(rèn)可，于是留校成了申強(qiáng)自然而然的選擇。

申強(qiáng)清楚，在高校開(kāi)展的研究只是萬(wàn)里長(zhǎng)征才剛剛邁出第一步，最后成果能落地應(yīng)用真正回饋到工業(yè)部門(mén)、回饋到社會(huì)，才能證明自己工作的價(jià)值?！鞍咽种械氖虑槔^續(xù)做下去并做好”，堅(jiān)守這個(gè)信念，申強(qiáng)信心滿懷走上工作崗位。

“青椒”初長(zhǎng)成“土博士”也有春天

因從沒(méi)離開(kāi)過(guò)西工大這個(gè)平臺(tái)，所以很多“青椒”（網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，對(duì)青年教師的稱(chēng)呼）遇到的在新環(huán)境的適應(yīng)問(wèn)題，申強(qiáng)并沒(méi)遇到過(guò)。因?yàn)橛袑W(xué)校、學(xué)院、導(dǎo)師苑偉政教授、副導(dǎo)師常洪龍教授的幫助，申強(qiáng)的工作開(kāi)展得很順利，對(duì)很多“青椒”在論壇或者是公共平臺(tái)上寫(xiě)的一些感受,他并沒(méi)有太多感覺(jué)。至于那些會(huì)分散人精力的培訓(xùn)、考核，申強(qiáng)也是用平常心對(duì)待?！拔矣X(jué)得無(wú)非就是一些考核，一關(guān)關(guān)過(guò)就行了?！鄙陱?qiáng)說(shuō)。心態(tài)好加踏實(shí)干，工作3年多，憑借出色表現(xiàn)，申強(qiáng)不僅通過(guò)了職稱(chēng)考核，還成為了碩士生導(dǎo)師。

2019年11月，申強(qiáng)被評(píng)為2020年度陜西省“青年科技新星”，得知這個(gè)消息，申強(qiáng)很高興，因?yàn)樽鳛橐粋€(gè)本土培養(yǎng)的“土博士”能在強(qiáng)手如林的環(huán)境中脫穎而出實(shí)屬不易，這證明了在“洋博士”更受青睞的當(dāng)下，“土博士”是有生存空間的?！拔耶?dāng)時(shí)覺(jué)得能出學(xué)校就已經(jīng)很不錯(cuò)了，因?yàn)橹晃鞴ご髨?bào)的人就很多，競(jìng)爭(zhēng)十分激烈。先出學(xué)院再出學(xué)校，再走向全省，誰(shuí)也不敢保證能最后勝出。我個(gè)人的經(jīng)歷說(shuō)明，只要真真正正去努力，好像結(jié)果都不差。” 申強(qiáng)笑著說(shuō)。

留校時(shí)申強(qiáng)目標(biāo)很明確，要將自己所做的微機(jī)械陀螺實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，目標(biāo)說(shuō)出來(lái)簡(jiǎn)單，但真正落實(shí)的過(guò)程卻很曲折。

做微機(jī)械陀螺涉及多學(xué)科交叉，包括電子、控制、微電子、封裝、制造，涵蓋很多領(lǐng)域的知識(shí)。涉及的知識(shí)面多了，遇到的困難也會(huì)很多。不僅協(xié)調(diào)各領(lǐng)域優(yōu)質(zhì)資源是個(gè)挑戰(zhàn)，作為一個(gè)“青椒”本身也會(huì)面臨很多問(wèn)題，比如經(jīng)費(fèi)、人員等，但導(dǎo)師苑偉政教授、副導(dǎo)師常洪龍教授不遺余力的支持，幫助申強(qiáng)解決了這些問(wèn)題。

留校工作后，申強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)室工作的時(shí)間比以前更長(zhǎng)了，晚上加班到很晚是常有之事。師弟曾開(kāi)玩笑：“你跟讀博士沒(méi)啥區(qū)別，除了領(lǐng)工資?！?/p>

他承擔(dān)的國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目“硅微機(jī)械陀螺片上旋轉(zhuǎn)調(diào)制高精度實(shí)現(xiàn)方法”已經(jīng)于2020年結(jié)題?！绊?xiàng)目推進(jìn)過(guò)程中也會(huì)有棘手的問(wèn)題，但經(jīng)過(guò)5年博士訓(xùn)練，我有足夠的心理準(zhǔn)備遇到問(wèn)題不會(huì)慌，用科學(xué)的思考、科學(xué)的方式，我們可以把問(wèn)題解決好。另外，有平臺(tái)、團(tuán)隊(duì)的助力，有大家的密切配合和相互協(xié)作，交叉學(xué)科的很多問(wèn)題都迎刃而解了?！鄙陱?qiáng)說(shuō)。

申強(qiáng)介紹，微機(jī)械陀螺作為慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的基本核心元器件，具有體積小、重量輕、成本低等特點(diǎn)，在高端工業(yè)及航空裝備、深空探測(cè)、深地勘探等國(guó)家戰(zhàn)略領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用需求?；贛EMS技術(shù)的固態(tài)波動(dòng)陀螺因其全對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)特征以及潛在的高精度等優(yōu)勢(shì)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)。然而，在當(dāng)前現(xiàn)有MEMS固態(tài)波動(dòng)陀螺懸浮可動(dòng)結(jié)構(gòu)單柱支撐、全對(duì)稱(chēng)工藝修調(diào)、極弱電容轉(zhuǎn)I/V測(cè)控等技術(shù)對(duì)陀螺性能具有有限提升幅度的情況下，如何釋放突破固態(tài)波動(dòng)原理對(duì)提升陀螺精度及環(huán)境動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力的潛力卻成為制約其發(fā)展的技術(shù)瓶頸。

為破解難題不斷提升陀螺精度，申強(qiáng)在項(xiàng)目中進(jìn)行了持續(xù)攻關(guān)，并首次提出一種基于MEMS技術(shù)的片上全諧振式聲光耦合固態(tài)波動(dòng)陀螺高精度敏感機(jī)理實(shí)現(xiàn)新方法。理論分析表明，諧振式聲光耦合陀螺精度優(yōu)于0.01°/h，結(jié)構(gòu)尺寸僅為2mm×2mm×0.4mm，使得芯片級(jí)諧振式聲光耦合固態(tài)波動(dòng)陀螺突破現(xiàn)有MEMS固態(tài)波動(dòng)陀螺的精度及環(huán)境動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力成為可能。通過(guò)查閱公開(kāi)文獻(xiàn)報(bào)道可知，該方法在國(guó)內(nèi)外尚屬首次，這對(duì)于探索微納尺度下MEMS固態(tài)波動(dòng)陀螺高精度實(shí)現(xiàn)兼具良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力具有重要的戰(zhàn)略意義，是一項(xiàng)基礎(chǔ)性、創(chuàng)新性、前沿性極強(qiáng)的研究。目前，這一原創(chuàng)方法已得到業(yè)內(nèi)專(zhuān)家們的認(rèn)可，這讓申強(qiáng)很受鼓舞，因?yàn)樗x將微機(jī)械陀螺實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)越來(lái)越近了。

此外，由他負(fù)責(zé)的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題“微慣性傳感器及其接口控制電路設(shè)計(jì)研究”也在進(jìn)行中。通過(guò)此課題，申強(qiáng)想做國(guó)產(chǎn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)。“這是系統(tǒng)性很強(qiáng)的一件事，挑戰(zhàn)很大，好在之前我有系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)，還拿過(guò)中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)上銀優(yōu)秀博士論文獎(jiǎng)。作為之前工作的延續(xù)，目前項(xiàng)目的攻關(guān)還沒(méi)有遇到太多的問(wèn)題，但在產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中一定會(huì)有很多問(wèn)題。遇山開(kāi)山，遇水架橋，投入時(shí)間精力，用科學(xué)的思路解決問(wèn)題，即使過(guò)程曲折，結(jié)果也不會(huì)差。”申強(qiáng)說(shuō)。

未來(lái)可期 不負(fù)韶華

“我們的微/納米系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室是正兒八經(jīng)白手起家的，1992年苑老師從法國(guó)回來(lái)后一手創(chuàng)辦了實(shí)驗(yàn)室，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)誰(shuí)聽(tīng)說(shuō)過(guò)微機(jī)電系統(tǒng)??！”說(shuō)起自己所在的團(tuán)隊(duì)，申強(qiáng)很自豪。

由于微機(jī)電系統(tǒng)研究在國(guó)內(nèi)的起步較晚，所以很長(zhǎng)一段時(shí)間，從實(shí)驗(yàn)室畢業(yè)的學(xué)生就業(yè)常常遇冷，因?yàn)檎衅竼挝徊磺宄@個(gè)研究方向到底是干什么的。在苑老師的帶領(lǐng)下，大家合力開(kāi)拓創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)室逐漸成長(zhǎng)壯大，成為面向全國(guó)開(kāi)放的微機(jī)電系統(tǒng)研究和人才培養(yǎng)的重要基地，畢業(yè)生由當(dāng)初的遇冷變得非常搶手?！奥耦^所在領(lǐng)域去做專(zhuān)業(yè)的事情，并始終如一地做下去，有一天你會(huì)突然發(fā)現(xiàn)，自己變得強(qiáng)大了。我們的實(shí)驗(yàn)室就是這樣?！鄙陱?qiáng)說(shuō)。

近10年，實(shí)驗(yàn)室獲得3項(xiàng)國(guó)家大獎(jiǎng)，“飛行器流動(dòng)測(cè)控靈巧蒙皮技術(shù)”獲2010年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；“微機(jī)電系統(tǒng)的泛結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法與技術(shù)”獲2011年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；“航空航天特種MEMS制造技術(shù)及其應(yīng)用”獲2019年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。除此，“高精度硅微機(jī)械陀螺及其工程化技術(shù)”還獲得2018年陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。拿到這些獎(jiǎng)，大家很高興，苑老師更高興，因?yàn)槎嗄甑耐度虢K于獲得了認(rèn)可，更重要的是通過(guò)項(xiàng)目培養(yǎng)了一批能打“硬仗”的學(xué)生。

申強(qiáng)就是通過(guò)這些項(xiàng)目鍛煉起來(lái)的，目前他研制的高精度硅微機(jī)械陀螺工程樣機(jī)及系統(tǒng)已在空空導(dǎo)彈、“北斗”導(dǎo)航、空天飛機(jī)、新型戰(zhàn)機(jī)、艦艇測(cè)試等多個(gè)重大項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了工程應(yīng)用?？吹綄W(xué)生的成長(zhǎng)，老師很欣慰，盡管現(xiàn)在申強(qiáng)已獨(dú)立走上工作崗位，但是他的每一次進(jìn)步，老師都看在眼里。最近，常洪龍教授打來(lái)電話說(shuō)，申強(qiáng)寫(xiě)材料的文筆越來(lái)越好了，思路越來(lái)越清晰了。申強(qiáng)說(shuō)，老師的督促和鼓勵(lì)，讓他受用終生。

現(xiàn)在申強(qiáng)也有了自己的學(xué)生，雖然搞研究時(shí)他很?chē)?yán)肅，但在學(xué)生面前他完全是另外一副樣子，正因如此學(xué)生們都管他叫哥。聊天時(shí)，他會(huì)跟學(xué)生聊各種各樣的問(wèn)題；做研究，他給學(xué)生充分的自由，只要求兩點(diǎn)：第一態(tài)度，第二努力去做。當(dāng)看到一個(gè)個(gè)學(xué)生從混亂的科研“小白”變得越來(lái)越有條理、越來(lái)越有邏輯時(shí)，他心里由衷地高興，他體會(huì)到了苑老師、常老師看到自己進(jìn)步時(shí)的那種欣慰。他希望帶著學(xué)生們一起進(jìn)步。

新冠肺炎疫情期間，學(xué)校雖然沒(méi)有安排什么事，但申強(qiáng)卻為自己安排了好多工作，每天都會(huì)在實(shí)驗(yàn)室待很長(zhǎng)時(shí)間。他說(shuō)：“在高校，我還是一個(gè)‘青椒’，又是課題組一個(gè)非常重要的成員，就該去舍棄一些休息時(shí)間，多做一些事，在人生的這個(gè)階段，就應(yīng)該這樣?！?/p>

申強(qiáng)喜歡騎行，從西工大老校區(qū)到秦嶺30多公里，騎行過(guò)去是一段非常舒服的距離，每次他都喜歡騎到秦嶺頂上的著名景點(diǎn)“分水嶺”去看看，在這里，秦嶺南邊的水流到長(zhǎng)江，北邊的水流到黃河?？吹竭@樣的風(fēng)景，申強(qiáng)很有感觸，他說(shuō)：“到達(dá)山頂，要一腳一腳把車(chē)蹬上去，搞科研也如此，要一步步來(lái)，不失去斗志，保持積極的心態(tài)，順應(yīng)大勢(shì)，未來(lái)總不會(huì)太差。”