空氣成像不是夢

2019-07-26   中國科學報

作者 | 丁佳

「希望同學們不要因為夢想遙遠而放棄逐夢遠征,要追求更有高度的人生。」

2019年夏天,韓東成從中國科學技術大學正式畢業了,校長包信和在畢業典禮上說的這句話,讓他感同身受。

創業3年,經歷過技術突破的狂喜,資本追逐的瘋狂,專利纏鬥的驚險……27歲的韓東成感到,自己的這段長征路,還遠遠沒有結束。

因為他們要做的事,只有在科幻電影里才出現過。

「老」發現 新啟發

眼睛是心靈的窗戶,在人類通過感官獲取信息的過程中,視覺占到了60%,人類對視覺體驗的追求也從未停止。

因此,顯示行業一直是一個「兵家必爭」之地。預測數字顯示,到2020年,全球顯示產業產值將達到1400億美元。

人類對顯示行業的未來也充滿著幻想。

在許多科幻大片中,經常會出現從機器里「浮」出一個介面,未來人類在空氣里進行各種點擊、交互等「神操作」的畫面。

2015年,韓東成考入中國科大,在光學專業攻讀研究生的他看準了光學顯示的發展前景,與舍友范超一道決定創業。

經過調研他們發現,傳統顯示領域已經發展得很成熟,初創企業很難突圍;想要「彎道超車」,就只能另闢蹊徑,研究下一代成像技術。

同一年,美國一家增強現實公司在網上發布了一段視頻:一條巨大的鯨魚從籃球場的地面中一躍而起。令人稱奇的視覺效果讓這家公司的估值一時間炒到了50億美元。

但第二年,這段視頻就被爆出是用特效造假做成的,所謂空氣成像仍是空中樓閣。

但韓東成總覺得,雖然前人的探索都失敗了,但大家的關注度仍然很高,足見這個方向一定是人們期待的。他們決定堅持走空氣成像這條路。

成像離不開光線的反射、折射。通常,當光線進入水、玻璃等材料時會發生折射,光線會沿著原來的方向發散出去,這叫作正折射。

人們常見的筷子插入水中像斷了一樣就是這種現象。

但在1968年,蘇聯物理學家維塞拉戈提出,當光波進入具有負折射率材料的介面時,光波的折射與常規折射相反,光線不發散,而是重新聚集成一點,在介面另一側成像。

「如果我們能通過技術手段,把這種負折射現象給展現出來,是不是就能實現空氣成像了?」這個半個世紀前的科學發現讓韓東成醍醐灌頂。

最大的善意

2016年8月,韓東成和范超成立了東超科技,這個誕生在中國科大先進技術研究院內的小公司不僅包含了兩位創始人的名字,也寓意著要以「東方的速度趕超世界」。

然而,在安徽合肥,人們對創業的認識還比較保守。

「都考上研究生了還要出來創業,看上去有點『不務正業』。」韓東成坦言,最初他們兼職籌措啟動資金,研究技術方案,都是瞞著家人和導師偷偷做的。

後來,韓東成創業的事被導師知道了,老師的反應卻出乎他的意料。

「老師對我們說,我們要做的是真正的硬科技,值得支持。」韓東成回憶,學校知道了這件事後,也幫他們辦理了延期畢業,為他們創造寬鬆的環境。

韓東成等人實現空氣成像的技術思路雖然是基於一個古老的原理,但要在宏觀上將其表現出來,卻並非易事。

這是因為負折射現象只在流動的液體里出現過,想要做可交互的產品,還是離不開玻璃螢幕。

「我們想,如果能夠改變玻璃的微觀結構,利用光場重構原理,讓光線在這種微觀結構里多次振蕩、反射、折射,將發散的光線在空中重新匯聚成實像,在宏觀上同樣也能給人負折射的感覺。」韓東成說,成像後結合體感交互裝置,就能夠實現人與實像的直接交互了。

這種想法看上去很美好,但產品製造涉及光學設計、光學加工、化工領域、機械設計、裝配製造、電子線路、軟體開發等多個領域,加工難度不言而喻。

這時,中科院安徽光學精密機械研究所、中科院等離子體物理研究所等紛紛伸出援手。

讓韓東成感動的是,中科院安徽光機所光學鏡片加工廠60多歲的老師傅也親自出馬,花了一年半時間純手工打磨,終於做出來了第一塊等效負折射率平板透鏡樣品。

帶著這塊寶貴的樣品,韓東成和范超來到了北京中關村,參加了一次路演活動。

最後一個上場,卻得了第一名,11家投資機構伸出「橄欖枝」,接連完成兩輪融資……這個20多歲的在校生,一夜之間成了「香餑餑」。

專利狙擊戰

憑藉「第一桶金」,東超科技開始將成果從實驗室搬到車間,正式建立了中試生產線,準備大展拳腳。

可很快,他們就遭到了競爭對手的阻擊。

2019年2月到3月,東超科技先後收到關於「一種實現空氣成像的光學平板結構」「單列多排等效負折射率平板透鏡」「多排多列等效負折射率平板透鏡」等3項專利的無效宣告請求受理通知書。

為何產品還未量產,專利就被「無效」?

目前,全球範圍內做空氣成像技術產品的企業並不多,其中,日本某企業處於壟斷位置,國內銷售多為其代理產品或小範圍改進產品,售價高達數十萬元每平方米。

而東超科技的等效負折射率平板透鏡,不僅在技術上進階到更高水平的全息影像技術,擊破了「螢幕依賴、錯覺虛像、無穿透性、無交互性」等行業四大痛點;同時隨著壟斷局面的打破,由於行業原材料的低廉和穩定,量產後可將價格降至十萬元左右。

更重要的是,空氣成像不僅在教育、汽車、戶外媒體、展覽展示等行業中有廣泛的應用前景,還在軍工領域有巨大的應用潛力。

比如在保密方面,在空氣中點擊密碼不會留下指紋,可以極大地增強信息的安全性。

那麼,究竟東超科技是否能在專利上站得住腳呢?韓東成拿著他們的產品,到北京應訴。

5月7日,國家知識產權局專利局複審和無效審理部對該案件進行了公開審理,當庭對比後發現,雙方的平板透鏡結構並不相同。

7月3日,國家知識產權局公告稱,東超科技「一種實現空氣成像的光學平板結構」「單列多排等效負折射率平板透鏡」維持專利有效;「多排多列等效負折射率平板透鏡」因公司沒有採用這種技術路線去生產,沒有相應產品,被宣告無效。

「專利風險預警是對可能阻礙企業發展的與專利相關的風險進行提前防範,尤其是高技術企業,更需要具有智慧財產權風險防範意識。」中科院西安光學精密機械研究所大數據應用工程中心智慧財產權大數據實驗室主任黃偉才評價稱。

他同時建議高技術企業不但要防範創新保護缺失問題和專利侵權風險,更重要的是要系統性、前瞻性地進行積極的專利布局。

雖然在企業創立之初就經歷了專利戰的「洗禮」,但經此一役後,這家年輕的高科技企業也成熟了許多。

在更具前瞻性的空氣電離成像技術領域,他們已經在提前布局賽道,申請了國內外相關專利共8項,為應對競爭做好了戰略準備。

《中國科學報》 (2019-07-26 第3版 綜合)