中国科学院院士褚君浩：红外慧眼与隐身术|中国科学院院士|传感器|光学|光谱|探测器|物理学家|红外慧眼|褚君浩|隐身术|雷达

帆书（原樊登读书）

大家好，我是红外物理学家褚君浩，今天我跟大家分享的题目是“红外慧眼与隐身术”。

我们知道，人类经历过几次工业革命：第一次是机械化，就是蒸汽机；第二次是电气化，主要是发电机、电动机；第三次工业革命，是信息化。我们现在就处于信息化时代的后期，也是信息化高度发展的时期，即将迎来第四次工业革命，也就是智能化。智能时代的特点，就是将智慧融入到一个物理的实体系统中去。它的整个特征，跟第一次工业革命到第二次、第三次都是一样，就是科学和技术交叉推动。

智能化时代最大的特点就是有智能化的系统，一个智能化的系统有三大支柱：第一是动态感知，相当于我们人的五官；第二是智慧识别，相当于我们人的大脑；第三则是自动介质的反应，相当于我们用四肢来解决一些问题。动态感知靠传感器，智慧识别则是靠大数据、物理模型和算法，而自动介质的反应靠控制，当然需要一些信息化的平台。智能化的系统，在人工智能、智慧地球、数字城市等领域都会有很大的应用。

智能化系统中还存在两个核心技术：一个是实时感知技术，相当于人的五官；第二个是智慧分析技术，则相当于人的大脑。如果我们将实时感知的传感器与模型分析、大数据分析相结合，将它集成在一个芯片里去，那就是一个智能芯片。我们的重要目的就是要做成一个慧眼，这个慧眼就像孙悟空的火眼金睛，也像封神演义中二郎神额头上的第三只眼。这个慧眼，一打开什么都看得清楚，它实际上就相当于一个智能传感器的芯片，它靠传感器来获取大量的信息，并做出分析，告诉你一切。光电传感器就是通过光谱获取很多信息的一种“慧眼”，而当看不见光时要怎么办？那就需要研究红外线与物品相互作用的归类。

红外的慧眼有三大功能：第一是图像功能，也就是在夜里也看得见图像的空间分布。举个例子，如果说把灯关掉，大家就看不见了，手机也不能拍照了，因为手机只能拍摄可见光。然而如果用红外眼镜，那么在黑暗中也看得见了。在我们国家的高铁站，就用这样的红外技术来进行安全检查，看有没有携带违禁品。现在，这样的技术也用在我们的卫星上。比如风云四号气象卫星的上面就放了红外眼镜，成像很清晰，无论白天还是夜里都能看风云。

第二是热像功能，即能够看见温度分布。通过红外慧眼，我们能够得到热像，能知道火灾时温度最高的火源在哪里，也能透过烟雾发现火灾中倒在地上的人。在巴黎圣母院的大火中，红外热像仪发挥了作用。在新闻报道中透露了一个出人意料的细节，如果不是消防人员使用了配备热像仪的无人机来追踪巴黎圣母院火势的蔓延情况、并追溯可能的火源位置，从而决定放置消防水袋的最优方式，那么火灾造成的损害可能会严重得多。

第三是谱像功能，红外慧眼能够看清楚光谱分布。谱像就相当于人脸识别、指纹识别，因为不同的物体光谱都是不同的。如果事先将光谱放在数据库中，那就相当于采集我们的指纹，后续就可以比较了。停在月亮背面的嫦娥四号就有红外成像光谱仪，能够通过采集月亮表面的光谱来分析月亮的成分。

刚才说的是光电探测器，是人造的眼睛，是帮助你看。而接下来要说的隐身技术，目的就是不让你看到了。隐身技术在神话中就有，这是我们人类的一种理想、一种向往。但现在通过光学的原理，能够起到这样一种“隐身”的作用。这就不得不要提到一种“隐身术”——柱镜光栅隐身。

我们来做个实验。当这里的每一个竖直圆柱状凸透镜都能把平行于它的物体缩小变细，一排圆柱状凸透镜形成光栅，这种情况下就会产生若干个细到被眼睛忽略的成像，这样就实现了视觉上的“隐身”。这种隐身的现象并不完整，因为改变方向就又能被看见了。所以，真正要做出一个好的隐身，还需要进行重新设计。

比如飞机这么大，如何隐身？通过雷达波红外隐身，削弱检测雷达的反射波、降低或改变目标的红外辐射特征，使其与背景环境接近，将目标与背景融为一体，而不被对方红外探测器侦察到，也就实现了隐身。目前，红外隐身、雷达波隐身都在研究中，针对飞机涂层的超材料研究也在进行。

那么做出真正的隐身衣，需要哪些条件？首先需要有创新的思维，其次必须要有一定的工艺和技术，最后还要有面对失败仍能坚持不断重复的工匠精神。当光通过制作隐身衣的材料时，由于它调控了光学的参数，会形成一个电磁波空洞，如果你正好躲在空洞中，那就谁也发现不了你，这样就真正实现了“隐身”。目前，这样的隐身衣还没做出来，但只要有需求，肯定超材料的研究会朝这个目标继续深入。

慧眼与隐身，既要看又不让你看到，科学研究充满着这些新奇的现象。所以我们对青少年说，科技探索永无止境，我们认识世界、掌握规律、提升技术、实现工程应用，最后的目标是造福人类。