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“王炸级”颠覆性技术——太赫兹

来源:《华声·观察》 编辑:吴明 时间:2020-06-03

疫情期间,在上海地铁2号线刚刚投入使用的一台太赫兹安检仪让人眼前一亮。乘客接受安检时,无需与任何人接触,只需正常步行通过一个安检通道,还可以同时完成“测温”工作。乘客是否携带违禁品、是否发烧等都一一显示在屏幕上。

这不仅真正实现了“全过程无接触”的安检安防模式,大大降低了病毒交叉感染的可能性,还将通行效率提升近5倍!

太赫兹是什么?它是怎么做到这些的?

安检界的“天选之子”

近20年来,制约太赫兹技术发展的瓶颈相继被突破。于是,太赫兹技术得以横空出世,一上来就让人对其性能惊叹不已。

从空间分辨率的角度来看,太赫兹比传统的微波、毫米波的波长要短,所以用太赫兹进行成像空间分辨率高;从穿透能力来看,它比红外和可见光的波长要长,所以穿透能力强;在安全性方面也好于X射线。显然,太赫兹是蕴含众多独特优点的电磁频段。

太赫兹技术的开发和利用,首先让一个行业陡然一变,那就是安检。长期以来,全世界的安检其实都陷入到深深的困扰中:如何才能兼顾安全、快速、有效?

从美国的经历中可以窥出安检安防存在的困境。2009年12月25日,在一架从荷兰飞往美国的A330宽体客机上,一名男子引爆一个爆炸装置,不过该装置失灵,未发生剧烈爆炸,只造成数人受轻伤。调查发现,犯罪嫌疑人是将爆炸物藏在内裤中避过了安检,这起事件对传统安检技术造成了很大冲击。

此后,美国加强了航空安检措施,在各大机场运行X射线人体扫描仪,但X光会对人体产生电离辐射导致健康危害,成像的清晰度也对人体隐私构成了严重威胁,由此引起了不小的争议。随后,用X光扫描人体被叫停。

从最近几年欧美公共场所频频发生的暴恐袭击来看,现有的安检体系存在不小的漏洞,难以应对愈来愈严峻的全球安全形势。

难道人体安检真的没有一种安全、有效的形式吗?

太赫兹显然就是“天选之子”。

太赫兹真这么牛?

它能像X射线一样轻易穿透纸张、衣服和部分塑料等材料,还不会有电离辐射带来的健康隐患,即便最脆弱的生物样本也可以安全使用它。

更重要的是,太赫兹安检成像能做到分辨率小于1厘米,即一个硬币大小的物体都能被辨识。同时,太赫兹探测技术具有普适性,人体衣物内藏匿的陶瓷、液体、粉末、炸药乃至体积较小的打火机都可以被太赫兹探测出其形状与位置。

以被动式太赫兹安检仪为例,太赫兹一大优势就是辐射小。

目前,通常人们讲的安检辐射,是指安检设备运行产生的电磁辐射和电离辐射,过量辐射会影响人的视觉系统、心血管系统和生殖系统等,对人体健康造成不可逆的损害。

用辐射测量仪在被动式太赫兹安检仪内的黄色区域停留、旋转,辐射测量仪的数值一直显示为0。可以说明,被动式太赫兹安检没有产生可以测量到的辐射,因为它利用的是人体自身发出的太赫兹波,而并不对人体进行电磁波照射。

被动式太赫兹安检仪的第二个优势是具有宽泛的安检范围,不仅能像传统安检仪器那样检查出金属违禁品,而且可以检测藏匿的炸药、毒品等非金属违禁品。

实验者携带仿制枪具进入安检空间,安检仪立刻报警,并在屏幕上显示出了违禁品的具体位置——实验者的后背。

原来人体本身就会发射太赫兹波,当人体携带物品时,物品本身对太赫兹波有不同程度的吸收和阻拦,经设备接收并计算转化后,使得太赫兹成像中对应物品与人体背景之间产生强度的对比,物品的形状和位置也就得到了探知,实现对违禁品的安检。

受制于太赫兹技术发展瓶颈,太赫兹安检仪对违禁品的检测尚停留在回答有没有的阶段,无法检测出违禁品的物化性质,但这种可能性正离我们越来越近。在未来,太赫兹安检仪有可能告诉我们乘客拿的是白糖还是毒品,甚至还可以鉴别出毒品的种类。

无辐射、非接触、不停留的太赫兹安检“神器”,让乘客在不知不覺中就完成了安检,其科幻范儿像极了《碟中谍5》中让黑客班吉也难以瞒天过海的安保系统。

“天选之子”的广泛应用

安检只是太赫兹技术应用领域的“冰山一角”。它还可以应用在通信、雷达监测、生物医疗等领域,并且还将在军事和空间方面有重要应用。

比如在生物医学领域。太赫兹波可以用来区分人体的一些病变细胞和健康组织,为皮肤癌、乳腺癌、烧伤组织诊断提供判别依据。其中,太赫兹成像装置可以在癌症早期就做出诊断,不需要切片检测,为一些癌症的早期无痛检测带来了曙光。

在军事领域,太赫兹在沙尘、雾霾等天气条件下相对于红外和可见光的良好穿透性使得其成为指引作战直升机盲降的新工具,成为美国DARPA的一个重要研究方向;太赫兹机载合成孔径雷达的高分辨视频成像能力将可能带来机载成像雷达的重大技术革新;太赫兹通信系统和雷达系统都将可能成为军事卫星的重要载荷。

在能想到的和想不到的领域,太赫兹技术都能有很广泛的应用前景,甚至有科学家拿它来对食品中的地沟油、蔬菜水果中的残留农药、奶粉中的三聚氰胺等进行检测。连2019年轰动一时的人类历史上首个黑洞照片都是用太赫兹波段的望远镜观测生成的。

应该说,太赫兹技术其实就是一种超高级的感知能力,在当下,它带给我们最大想象的就是其在通信方面的应用,太赫兹这种非接触深度感知技术,就是物联网的“火眼金睛”。

5G技术所能提供的连接数大约是100万个连接/平方公里——在人口稠密的大城市,这个量级的连接数还是不够的。真正能做到“万物互联”,恐怕还要等网络容量更大的“太赫兹时代”来临才行。

摘编自微信公众号“瞭望智库”

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