国内の科学技術イノベーション主体はいずれも「中核技術を自主的に掌握し、外国の独占を打ち破る」という目標に向かって進んでいる。 2018 年のコアテクノロジーを振り返ってみると、どれも目を引くものばかりです。

1. 鉄と金属をインテリジェントウォータージェットで切断

10月に開催された第4回軍民融合発展ハイテク装備成果展示会では、魔法のようなウォータージェットが観客の注目を集めました。水を刃として使用し、さまざまな材料を切断したり、スポンジを分離したり、岩を掘削したり、鋼を切断したりすることができ、レーザー切断をはるかに上回ります。その正式名称は5軸5リンクインテリジェントウォータージェットであり、上海獅邁科技有限公司（以下、獅邁科技）が開発・製造したもので、完全な独立した知的財産権を有しています。

ウォータージェットの原理は、子供が遊ぶ水鉄砲と非常によく似ています。通常の水道水を4000気圧以上に加圧し、小さなノズルから噴射して高速ジェットを形成します。この高速ジェットに鋭く砕けた小さな粒子が加えられ、高速研磨ジェットが形成されます。

ウォータージェットは巨大なエネルギーを持ち、高圧のウォータージェットが音速の3倍の速度で切断対象物に衝突し、切断を実現します。ウォータージェット切断プロセスは、その「前身」のレーザー切断と比較して、高速研削と急速冷却のプロセスであり、熱損傷や熱変形がなく、煙やほこりがなく、環境に優しいです。簡単に言えば、レーザーで切断できないものも、ウォータージェットで切断できます。ボーイング社とエアバス社はどちらも、大規模な機械加工にインテリジェントウォータージェットを使用しています。

ウォータージェット、レーザー、プラズマ切断による精密切断の難しさはライオンテックは独自の高品質制御システムの開発に3年を費やしました。数学モデルを使用してジェット経路上の各ポイントの誤差を正確に予測することにより、各ステップのジェット速度、加速度、切断ヘッドのスイング角度、およびジェット特性パラメータの正確な制御が可能になり、切断効率を最大化しながら誤差を自動的に排除するという高精度の目標を達成できます。

2. 虹彩認証は1.2メートルの距離で2秒で完了します

虹彩認証は、DNA 以外で最も信頼性の高い生体認証技術です。独自性があり、偽造防止機能も備えています。当初、虹彩認証には望遠鏡を使うように目をデバイスに近づける必要がありましたが、後にデバイスから半メートル以内の認識に拡張されました。 11月、鴻星科技は「ドライバー生体認証オールインワンマシン」を正式に発売しました。虹彩認証距離が1.2メートルに拡大され、一目見るだけで、多くの協力は必要ありません。

虹彩は人それぞれ異なります。赤外線条件下では、豊富なテクスチャ特性と 200 を超える安定した特徴点が提示されます。機器は目をスキャンした後、識別力の高い特徴コードを抽出し、データベースと比較します。このプロセスは、虹彩認識と呼ばれます。虹彩認識の利点は、膨大なデータベースから人物を正確に見つけることができることです。監視ビデオに映っている人物を正確に見つけるには、人口 10,000 人ベースでは顔認識、人口 100,000 人未満では指紋認識、100 万人ベースでは虹彩認識を使用する必要があります。

虹彩はわずか1平方センチメートル程度ですが、顔は300平方センチメートルあるため、認識の難しさは300倍になります。距離が少し遠いと、虹彩の質感を鮮明に収集することが難しく、人物の揺れや瞬きにより、モーションブラーやまぶたの閉塞など、画像に一連の問題が発生します。

イメージング段階では、Rainbow Star Technology は 1,000 万ピクセル以上のイメージセンサーを使用して十分な虹彩解像度を確保し、近赤外光源の角度と強度を慎重に計算して、人間の目に害を与えることなく虹彩の質感を照らし、インテリジェント アルゴリズムをイメージング デバイスに移行して、イメージングとコンピューティングの連携を実現し、高速な画質判断アルゴリズムを使用して低品質の画像を破棄し、高品質の虹彩画像の識別に重点を置き、アルゴリズムを最適化して、1 秒間に数千万ピクセルの数百の虹彩画像を処理します。最終的に、1.2メートルの距離で2秒以内に虹彩認識を達成しました。

3. 海底TBMは「成功後の引退」を達成

海底トンネルを掘るのに使われるシールドマシンは前方にしか掘れず、後進することができず、数千万ドル相当の機械が「永久に失われる」こともしばしばある。 8月20日、厦門地下鉄3号線の海底トンネルで、最後のカッターヘッドが撤去され、海底トンネル掘削機が世界で初めて逆戻りに成功した。

シールドマシンは穴を掘る名人だ。頭部は「歯」のついた円盤で、連続回転しながら土や岩を削り取る。全長１００メートル以上、重さ約８００トンの長い円筒形の本体の中には、モーターや泥水循環管などが入っている。その背後の新しい空間は、湾曲したセメントパイプセグメントでコラージュされ、トンネルが形成されています。しかし、シールド工事では後方のトンネルの直径が小さくなるため、シールドマシンは後進できず、通常はトンネル横の行き止まりに永久的に密閉されます。

しかし、厦門地下鉄3号線の海底トンネルの建設を担う中国鉄道第一局都市軌道交通公司は、シールドマシンを解体して搬出するという解決策を思いついた。カッターディスクを回転させずに切断角度を調整できる傾斜方法の開発を専門家に依頼し、カッターディスクの取り外しの難しさを克服しました。

海底トンネル内の温度は40度にも達し、解体作業には火炎切断が必要となり、非常に危険です。このため、機械は3交代制で解体され、トンネル内の換気のために100メートルごとに高出力の電動ファンが設置された。解体前の詳細な指示、火気使用作業前の消火設備の準備、火気使用作業中の穴内のガスのリアルタイム検知。また、一度に65トンの部品を輸送するという問題を解決するために、特別な重量物トラックをカスタマイズしました。

結局、解体作業は1か月もかからず、シールドマシンの14,000個以上の部品が安全に解体され、梱包されて倉庫に返送されました。シールドマシンの殻はトンネル内に残され、内壁の役割を果たしている。これにより、中国の新たなエンジニアリング記録が誕生した。

4. 450kgの合成サファイアが記録を破る

2018年の初めに、私の国で450キログラムの人工サファイアが誕生しました。世界で最も重く、最も大きい単一の人工サファイアクリスタルの「王冠」を獲得しました。ロシアが2017年に保持していた350kgの世界記録を100kg更新した。

人工サファイアはハイテク生産の分野において重要な原材料です。スマートフォンのカメラ、タッチスクリーン、LEDライトから、国家の重機、高強度レーザー、天文観測システムの光学部品に至るまで、その応用範囲はますます広がっています。

新世紀に入ってから、わが国のサファイア生産設備と生産工程は依然として輸入に大きく依存しており、特にわが国の生産能力と製品規模は国防科学技術と国家重装備の総合的なニーズを満たすことができません。

この人工サファイアは、世界的に主流のキロプロス生産技術に基づいています。原理は、まずアルミナ原料を融点まで加熱して溶融物を形成し、次に種結晶棒を溶融物の表面に接触させ、種結晶棒と溶融物の固液界面で種結晶と同じ結晶構造を持つ単結晶の成長を開始します。種結晶は極めて低速で引き上げられ、最終的に完全な単結晶インゴットに固化します。

このプロセスは長く、炉の温度制御と生産システムの協調的な適用に関して極めて厳しい要件があります。 450 kg 製品を生産するための技術要件は、200 kg および 350 kg 製品を生産するための技術要件と同じレベルではなく、質的な違いがあります。同社の張軍総経理は「当社の中核技術は、自社開発の自動化生産設備、熱生産設計理論、マイクロプロセスの応用です。原材料の選択から加工、生産まで、すべてが中国製です」と語った。

5. 最も薄いガラスの厚さはわずか0.12mm

0.15mmに続き、中国の技術者は完璧さを追求し、 0.12mmの極薄電子タッチガラスを開発し、工業用フロートガラス技術で生産された最も薄いガラスの世界記録を樹立しました。 5月、蚌埠中国建材情報表示材料有限公司の生産ラインから最新の超薄型ガラスが出荷された。

超薄ガラスの厚さは0.1～1.1mmで、携帯電話、パソコン、テレビディスプレイの基本材料として使用できます。ガラスが薄いほど、光の透過率と柔軟性は向上しますが、割れやすくなります。しかし、新開発の0.12ミリの極薄ガラスは、リング状に曲げても割れません。

ガラスの厚さが0.1mm薄くなるごとに、製造の難易度は想像以上に増します。同社は、2013年の0.3mmから現在の紙のように薄い0.12mmまで、ガラスの薄化、微細欠陥、三大熱設備の設計と製造、ガラス配合という4つの大きな問題を解決し、ガラスの冷端での切断、輸送、オンライン欠陥検出などの一連の技術手段を開発しました。

チームは、0.15 mm から 0.12 mm まで、肉眼ではほとんど区別がつかない 0.03 mm を実現するために 2 年間この作業に取り組みました。溶解工程、成形工程、切断工程、検査包装、設備技術など1,000以上の技術的ボトルネックを突破し、ついに世界最薄0.12mmフロートガラスが誕生しました。数年前、中国の何百ものディスプレイパネル生産ラインのガラスと設備は完全に輸入に依存していました。現在、中国の超薄ガラス技術は国際的にトップクラスであり、非常に競争力があります。ディスプレイ画面の価格が下がるにつれて、電子製品は比較的手頃な価格になります。同社はすでに0.1ミリの超薄ガラスの開発に着手している。

6. 回収された宇宙船の重量は7トン以上に

ロケットの回収と再利用は、マスク氏のスペースXにとって重要なテーマである。実際、我が国は重さ3.5トンの神舟宇宙船の有人船室も回収しました。 11月、中国宇宙科学院第508研究所は、我が国の宇宙船の回収重量を7トン以上に引き上げることができる重要な技術を検証した。これは、508研究所による大型クラスターパラシュートシステムと大荷重着陸クッションシステムの開発成功と密接に関係しています。同研究所はヘリコプターを使って7トンの模型を投下し、中国初となる大型クラスターパラシュートシステムと大荷重着陸クッションシステムの空中投下試験に成功した。大型宇宙船回収分野の多くの主要な技術指標が国際先進レベルに達した。

宇宙船を回収する際、再突入時の主な減速は主に減速パラシュートに依存します。神舟宇宙船の単一パラシュートシステムとは異なり、新たに開発された減速パラシュートは、2つの減速パラシュートと3つのメインパラシュートで構成されるグループパラシュートシステムです。減速パラシュートの積載能力とパラシュート設計は大幅に最適化されており、メインパラシュートは各パラシュートの一貫した同期した膨張を保証します。グループパラシュートシステムの多段階の開閉により、パラシュートの開閉負荷が効果的に軽減されます。

着陸および回復段階では、大型の荷物を積んだ宇宙船をロスなく着陸および回復するために、着陸クッション システムに非常に高い要求が課せられます。この目的のために、508研究所の研究チームは、マルチエアバッグの組み合わせクッション力学モデリングとシミュレーションなど、いくつかの重要な技術を習得しました。着陸クッションプロセスは極めて短く、高感度着陸センサーが開発され、迅速な応答着陸クッション制御の問題を解決しました。最終的には、システムが確実に動作することが保証され、帰還カプセルは安定して着陸します。

7.22ナノメートルのリソグラフィーマシンが細い線を「彫る」

11月29日、中国科学院が開発した「超解像リソグラフィー装置」が検収を通過した。これは、紫外線光源を使用して 22 ナノメートルの解像度を実現する世界初のリソグラフィー装置です。その意義は、安価な光源を使用してより高い解像度を実現し、いくつかの特殊な製造シナリオに使用できることにあります。フォトリソグラフィー装置はチップの製造に使用されるだけでなく、平らな材料に複雑なパターンを彫刻するためにも使用できます。フォトリソグラフィー装置はプロジェクターに相当し、光は感光板上に細い線のパターンを「彫る」彫刻刀に相当します。

現在主流の露光装置は深紫外線光源を使用しているが、高価すぎるのが欠点だ。オランダのASMLが独占する極端紫外線光源露光装置は1台あたり3000万元とさらに法外な値段で、真空下で使用する必要がある。中国科学院が開発した22ナノメートル露光装置は紫外線水銀ランプを使用している。装置全体の価格は数百万元から数千万元で、処理能力は深紫外線から極端紫外線レベルまで達しており、非常に興味深い。

中国科学院が開発したこのリソグラフィー装置は、大口径薄膜ミラーを含む一連のナノ機能デバイスの加工に優れており、中国のリモートセンシングイメージング、生化学痕跡測定、特殊表面材料などの分野にとって大きな意義を持つ。

中国科学院光電子研究所の科学者ヤン・ヨン氏は、その原理を次のように説明した。金属板と非金属板を密着させると、界面で電子が飛び回る。金属に光を当てると、これらの電子が規則的に振動し、フォトリソグラフィーに使用できる数十ナノメートルの波長の電磁波が発生する。

8. きめ細かな画像認識により、顧客は一目見るだけでチェックアウトが可能

従来のコンピュータービジョン研究では、画像認識の対象オブジェクトは通常、「犬」、「車」、「鳥」などの従来のカテゴリ分類に属します。しかし、誰もがこんな経験をしたことがあるはずです。買い物をしているとき、かわいい犬を連れた通行人を見かけますが、その犬が「犬」であることはわかるものの、具体的な犬種はわかりません。しかし、きめ細かい画像認識技術は、わずかな違いでも対象物を正確に判別し、このような問題を解決することができます。

現在、南京のファーストフード店で使用されているきめ細かい画像認識スマートレジシステムは、ほぼ100％の認識率を達成し、数十種類の料理を正確に識別できます。システムが稼働しているとき、食事をする人は選択した料理を認識エリアに置くだけで、システムはすぐに料理のリストと決済価格を表示します。

Megvii TechnologyのFace++南京研究所所長である魏秀燦博士は次のように述べている。「まず、データ収集を通じて識別する料理の画像を1000枚近く収集し、次にディープラーニングに基づくきめ細かい画像認識アルゴリズムを設計して、多くの料理の微妙な違いをターゲットにしました。料理全体のグローバルな判別情報を取得する従来の畳み込みニューラルネットワークモジュールに加えて、このアルゴリズムには、微妙な違いがある料理のローカル画像領域に自動的に「フォーカス」できる「アテンション」モジュールも含まれています。これらのローカル領域は、アルゴリズムがきめ細かい料理を認識するのを効果的に支援できます。」このように、きめ細かい画像認識機能全体には、料理レベルの特徴とより識別的なローカル特徴の両方が含まれており、分類が正確になります。従来のラベル決済方法と比較して、きめ細かい画像認識技術により、システムコストと人件費が大幅に削減され、顧客の注文とチェックアウトの効率が大幅に向上します。

9. 劣悪な粘土で作られたUHV絶縁体は「磁器細工」である

変電所や高圧送電線などのインフラの中には、重さ数十キロの「碍子」と呼ばれる磁器の瓶があり、非常に重要なのですが、見落とされがちです。我が国の超高圧電力網の使用要件を考慮すると、数百万ボルトの高電圧と数十トンの引張力に耐えることが絶縁体製品の中核性能となります。 12月、内モンゴル京成碍子有限公司の工場で世界初の磁器碍子の自動化生産ラインが正式に稼働し、デバッグが行われた。

同社は、高品質の粘土よりも密度が高く、数百万ボルトに耐えられる製品を製造するために劣悪な粘土を使用しましたが、これは業界における技術革命でした。

この目的のために、同社のチームは長年にわたり、関連粘土の粒子組成分析と配合実験を数百回実施し、製品原料中の関連非高品質粘土の割合を60％と判定し、最終的に独立した知的財産権を持つ「極秘配合」を取得し、各UHV絶縁体の耐用年数を50年にするという目標を達成しました。

それだけでなく、過去10年間で20以上の技術統合イノベーションを通じて、世界の磁器碍子業界が長年夢見てきた自動化生産も実現しました。世界初の自動化生産ラインが、Jingcheng Insulators の工場で誕生しました。生産ラインのローラー窯はベルトコンベアのようなもので、ローラーが回転するにつれて、陶磁器は窯の先頭から窯の末尾まで運ばれ、バッチ処理、製造、施釉、焼成、検査から最終包装まで、完全に自動化された生産が完了します。

10. 水パターンの発生源を追跡し、汚染企業を特定する

生態環境部は今年、30の省、自治区、直轄市の70都市で黒色水域と悪臭水域の処理状況について現地調査を実施した。検査期間中に雨が降れば、黒くて臭い水が出てきます。雨が降らなければ、黒くて臭い水はうまく隠れ、汚染物質の不法排出が隠蔽されます。

清華大学環境学院の呉静氏の研究グループが独自に開発したこの水質「指紋」識別装置は、中国の汚染防止部門のシャーロック・ホームズとなり、水の波紋に基づいて汚染の「容疑者」を特定できる。

各企業の廃水には、主に残留汚染物質など、廃水の水分量を示す独自の情報が含まれています。それぞれの物質が発する蛍光は異なります。物質の濃度が高いほど、スペクトル内で目立つようになります。水質の「指紋」を収集することは、廃水の蛍光スペクトルを収集することです。排水パターンデータベースは、警察の容疑者指紋データベースに似ています。検査が必要な水質指紋を排水パターンデータベースと比較することで、「容疑者」を見つけることができます。

水位の波紋が警告限度を超えると、24時間監視装置が自動的に警報を発します。

さらに、この機器は水質指紋を10年以上自動的に保存し、問題が発見された場合は、追跡の証拠として異常な水質パターンを自動的に保存します。また、他の種類の汚染追跡技術を補完して複合パンチを形成し、確固たる証拠と明確な監督指示により、数週間かかる元の調査時間を約30分に短縮することもできます。