如何看待浙大学子的黑科技——量子点光谱仪?
此前有新闻说我们有没有办法可以迅速地分辨劣质化妆品和假酒呢?毕业于浙江大学的陈明烨及其团队,发明了辨伪黑科技产品:用量子点光谱仪产品检测,可以以秒为单位,对物质进行检测,提供直接可视化的检测结果。
据他介绍,酒类光谱仪检测产品已经成功研发,从外形到使用方法,十分简单。“酒类检测仪会告诉你,这是茅台还是二锅头。如果是二锅头,那么是牛栏山的还是红星的。”
以伏特加为例,只需要将10ml左右待检测的酒,倒入检测容器内,然后将盖子合上,产品会通过光谱检测来采集白酒的微光谱信息。将手机和产品通过蓝牙匹配以后,微光谱信息会传送到手机App,与云端的数据比对,再通过加工修饰将特征性光谱数据,即匹配度最高成分,以及该成分的匹配度,直接通过手机App显示给用户,匹配度达到97%以上可以判定为真酒。
不过假若设备电压不足,会导致蓝牙信号下降,从而对匹配度造成一定影响。前期研发过程中,通过样品分析,公司已经初步完成了云端数据库的建立。研发初期,由于能够提供酒类的生产商很少,所以大部分的样品酒还是由公司自行购买的。目前,已经能检测50种酒,包括茅台、五粮液等。陈明烨说,现在“已经拿到一批由经销商提供的酒”,种类更加丰富,可以从检测数量、检测精度等方面做出进一步的提升。
另外,关于化妆品的光谱仪检测产品,目前仍旧在研发过程中。他说,团队已经和相关公司建立合作关系,目前正在对从合作伙伴那边拿到的化妆品样品进行成分分析,完善云端的数据库。同时,和一些化妆品的厂商开展合作,扩充自身数据资源,升级数据库。他透露,化妆品检测仪器要小得多,和口红差不多大小。目前研发的设备,主要能够检测液体类的化妆品,例如爽肤水、乳液等。他们希望达到的目标是,比如口红或眉笔,无需取样,而是像紫外线验真伪钞一样,只需通过照射就可以即时反映检测结果,“甚至是隔着小棕瓶直接检验精华真伪”。陈明烨希望,通过这个产品,大家都能够方便地在家检测化妆品,仪器的价格是在普通大众的接受范围之内,控制在两百元左右。
“我们接下来在消费级检测领域的目标,是做一款集成式的日用消费级检测设备,可以同时帮我们分辨包括化妆品、酒类、药品、奶粉、食用油等多种产品。”“二郎神的第三只眼是用来辨别妖怪的,光谱仪就可以算是为人类安装的第三只眼,来看透事物的本质和真相。”陈明烨这样形容光谱仪,通过测量物体表面发射的光线,加工获得光谱信息,从而测知物品中含有何种元素。
陈明烨介绍,量子点光谱仪调制列阵的成本仅需5~6美元。他们的目标是能将检测仪器价格控制在每个普通家庭都可以承受的范围之内,希望将人工智能落地到具体的生活场景中,为人们提供便利。
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lmhdzxx
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包锞炜 - 指点江山,激扬科技,科技有担当,知识有力量
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据说对发明创造感兴趣的他,喜欢自己动手做一些好玩的东西。然后呢,陈明烨认为创业从来都不是一个人的单枪匹马的事,团队的合作是必不可少的,所以陈明烨的创业伙伴是本科时的同班同学,加上竺可桢学院的大理科平台,使得不同专业的同学能在一起交流碰撞出有意思的点子。
要么我们看看这个团队的成员组成:
不用介绍了吧,都是比较厉害的,看样子就是技术奇才啊。由此盗火者神奇四侠归位,盗火者科技正式成立。一看这个公司名字就比较酷,到底有什么名堂呢?据铅笔道采访陈明烨得知:
陈明烨创业几年后的深刻体会就是在检测领域真正核心和最有价值的是传感器。这点个人非常认同,之前在国内掀起轩然大波的“中芯事件”也给检测领域的人警醒,陈明烨认为目前的现状是:传感器的开发基本被国外企业垄断,“美国的海洋光学、日本的滨松光电等,他们的设备在国内几十万/台,大家仍趋之若鹜”。
由于在光栅上没有技术积累,陈明烨团队不得不另辟蹊径。他们选择的方案是量子点光谱仪(突然想到了清华鲍捷团队的技术)。这套方案来自于他的大学同学——材料学和光学的双博士王肖隆。使用“切片”(spectrometer die)取代光栅的方案,通过制造量子点滤光阵列的方式研发光谱仪。据说这不仅能让团队在技术上扬长避短,而且能大幅度降低造价成本:光栅至少需要1000美金的生产成本,但是量子点光谱仪的方案,核心元器件的制造只需要5美金。
据说这种新型光谱仪与传统光谱仪不同,其体积不受光路元件的限制,可以让微型光谱传感器的实现成为可能,甚至可以利用已有的手机、照相机等设备的光电模块,将光谱传感器集成在手机等移动设备中,方便地实现光谱检测功能。
说了这么多,我们还是来看看浙大的量子点光谱仪的核心元器件。
这就是取代光栅的新方案,但是量子点光谱仪的开发仍然面临许多困难。例如目前在业界,量子点材料的合成路线是公开的。但是光路设计、量子点制造、半导体增材制工艺仍然需要自己研发。其中最困难的便是合成材料的选择,据说陈明烨团队要在数十种材料做出最优的选择,同时还要区别实验失败原因是选材还是试验方法的错误。
今年2月,盗火者量子点光谱技术取得了突破,核心元器件顺利开发,而且大小只有6mm*6mm。样机可以在以秒为单位的时间内,对物质进行检测。当然啦,说是可以这么说,我个人还没见过,待查证。关于到底什么是量子光谱仪,下一步在科普。先看看盗火者的商业模式,从铅笔道了解到是同时2B和2C。
2B:食品药品生产企业、食品药品监督管理局、质监局、环保局、海洋监测部门、光电产品生产企业、石油生产企业等。专业级产品提供的量子点光谱仪包含了光学激励源和量子点光探测器两部分,结合嵌入式SOC(目前采用ARM Cortex-M处理器)和通信模块可以实现专业检测的云化和便携化。
以水质检测为例,该产品可以替代当前大型在线检测柜(常用化学消解法),以极小的体积(长+宽+高<300mm,大约是传统大型检测柜的1%的体积)部署于各种小型浮标上,依靠太阳能驱动,无需依赖外部电源就可以完成长期在线水质分析。传统的水质检控站不仅需要试剂,还需要几十分钟的反应时间,设备造价也需要几万元。而送到使用化学法的专业实验室检测一次也要花费1000元。但盗火者的量子点光谱仪可以在以秒为单位的时间内对水质进行检测,同时不会对水源造成污染。产品价格仅为国外产品的1/4~1/3,并且人为维护需求低,可以降低客户人力成本。(感觉这个应用跟水侦探有点类似,之前水侦探也是否认自己是红外或者近红外技术,而是基于自主研发的微型分子光谱)
2C:用于白酒、化妆品检测的消费级产品。公司白酒的数据库已经建立完成,光谱仪产品可以在“六七杯白酒中,分辨出哪一杯是茅台,哪一杯是五粮液”。
以茅台为例,量子点光谱仪会通过全光谱检测来采集白酒的微光谱指纹信号,在嵌入式设备中将光电信号还原成微光谱信息,接着微光谱数据通过蓝牙提交到手机App里,手机App再将加工修饰后的特征光谱数据提交到服务端,通过算法对比来鉴定成分,最终得出结论。用户可在手机端查看茅台白酒的鉴定结果。
化妆品领域,盗火者科技和互联网奢侈品鉴定公司“淘当铺”建立了合作,合作开发适用于女性的化妆品检测仪。这款检测仪将在今年年中问世,检测功能可在寿命范围内无限次使用,“最终定价应该会在500元以内”。(这么优秀!500块买不了吃亏,买不了上当,将成为可能)
而在后台数据端方面正在寻找各领域的企业进行数据采集的合作,以帮助他们做防伪鉴定和扩展自身数据资源。随着后台数据库的升级和扩充,C端量子点光谱仪的产品还可用于奶粉、药品等领域的检测。(近红外光谱分析技术在奶粉检测中的应用点探讨)(近红外科技检测奶粉碰壁,理想与现实的冰与火之歌如何演奏?)
从战略布局来看主要和商家合作。C端的产品与淘当铺等一起开发和销售。B端的产品,则会交给元器件集成代理商进行销售。
总之期待人类都能尽快享受到量子点光谱技术带来的红利。当然现实肯定还有很多技术难点需要攻克。其实我们都无法真正预测未来,因为科技并不会带来确定的结果。
指点传道者 - 师者所以传道受业解惑也
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(首席研究员Mahmooda Sultana)
此项目由NASA戈达德太空飞行中心Mahmooda Sultana以及麻省理工学院化学教授Moungi Bawendi领导的研究小组共同合作,由支持高风险技术研发的美国航天局创新中心基金资助。Bawendi教授的研究团队从20世纪90年代初便率先开始了量子点技术的研究,并开发了光伏、生物以及微流体方面的应用。同时,量子点技术也开始对消费电子产业产生重大影响,许多电视机厂商正着手采用新技术以提高LCD的显示质量。
Sultana教授表示,该方法能够实现天基及其他类型光谱仪的小型化和革命性的发展,尤其是那些应用于无人飞行器和小型卫星上的光谱仪。在给NASA的一份报告中,她表示“量子点技术确实可以简化仪器的集成。”它可以以吸收光谱的形式工作,代替光学部件的传统结合方式。传统的光谱仪利用光栅、棱镜或干涉滤光片将光分成不同的波长,然后探测产生光谱,而量子点本身就可以实现对光的有效滤波。
量子点对光的吸收或发射取决于它们的直径大小——尺寸越小,量子点吸收的光的波长也将越小——因此原理上,不同尺寸的量子点阵列可以实现相似光学装置的作用。虽然集成光学以及光电子器件的发展使得传统光谱仪已实现小型化,但它们仍然过大。
Sultana解释说:
理论上,量子点光谱仪可以基于无限数量的不同尺寸的量子点来实现高分辨率。
Sultana表示:
目前,Sultana正在开发论证一个对可见光敏感的20×20量子点阵列,用于对太阳光和极光进行成像。原理上,该技术可以扩展到更广的波长范围,从紫外光到中红外光,实现在地球科学、太阳物理学和行星科学等许多空间领域的潜在应用。NASA报告称,Sultana教授正在为立方体卫星应用开发一个概念仪器,同时麻省理工学院的博士生JasonYoo正在研究一项技术,合成不同前体化学品来创建量子点,并将它们打印到合适的承印物上。Sultana表示:“我们希望最终能将量子点直接打印到探测器像素上。”虽然该技术目前还处于开发的早期阶段,NASA研究人员也补充表示他们将努力尽快提高技术水平。Sultana表示,将会有几个太空科学任务从这项技术中受益。
有兴趣的话可以去看下NASA官网原文。
指点的知青们 - 知识青年合体
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应该就是跟NASA合作的MIT的Moungi Bawendi,所以一切就很清晰了。
所以鲍捷便将量子点纳米技术和光谱方法进行结合,开始了量子点光谱仪的研究。这项工作在麻省理工学院(MIT)启动并进行了实验工作,后期的深入研究分析以及发展等方面的工作在清华大学完成。
光栅与量子点工作原理对比图,芯视界是这么介绍量子点光谱技术的:
个人觉得若是要进行万物互联阶段,光谱信息化需要大范围的硬件设备铺路,这就需要把成本降低到人人都可以接受的价位。
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