你能想到吗？被称为世界工厂的中国居然造不出来一把小小的手术刀。
这手术刀究竟是有多大的学问，居然能够难倒我泱泱大国，难道我世界工厂的名号是徒有虚名？
其实不然，这手术刀之所指并不是普通的手术刀，而是指超声刀。
这种手术刀的原理就是通过超声波产生高频电信号，再将电信号通过换能器转换成极高速的机械振动。
从而让手术刀刀头利用高速的振动精准切割组织和骨头。
此外，超声刀切割时产生的高速振动还伴有热量协助手术开刀处血管的凝固，从而降低手术过程中出血的风险。
而就是这么实用的工具，因为我国的研发起步较晚，很多技术被美日企业垄断。
美日两国对手术刀的市场垄断达到惊人的90%以上，在超声骨刀市场垄断上也不遑多让，达到了80%。
这超声骨难在哪？我国与美日技术差距多大？
未来如何赶上美日步伐甚至反超，我国又需要付出怎样的努力呢？
超声刀的技术难点
超声刀在整体上看，其关键的技术难点就在于换能器、超声手柄以及换能刀头。
技术难点离不开工作原理，超声刀有电致伸缩和磁致伸缩两种效应，这两者都是通过换能将超声电能转换为机械能。
机械能再通过变幅杆的放大耦合作用推动刀头工作并放出热量。
换能器的难点就在于电源，只有当电源电压频率与手术刀振动系统频率一致时，其工作效率才能达到最佳。
换成大白话讲就是姐妹齐心，踩断钢筋，只有姐妹同步才能对钢筋施加最大的力，让钢筋拉伸的幅度达到最大。
而这钢筋所指也就是超声刀刀头，而如果姐妹不齐心，两者不同步；
相当于你夹菜我转桌，我倒酒你不喝，两人内耗白白浪费力量。
从超声刀上看就是会产生大量热量，降低输出功率，输出振幅降低，手术质量下降。
攻克这个问题的方法就在于频率上的跟踪，目前市场主流的电路设计方案分为四种：
自激振荡、锁相环、电流反馈、振速反馈。
而在算法设计上则是FGH以及自适应两种，这些技术的层层融合叠加才能为超声刀刀头的振幅带来最大化的效果。
好马配好鞍，良将配宝剑。
超声刀刀头合理的选材以及加工工艺极为关键，其决定了超声刀在换能器给予的大振幅条件下的工作能力。
刀头主要要考虑到抗腐蚀、传动以及刚度，这也是基于超声刀工作环境的四种效应去考虑。
对于软组织超声刀而言，考虑的是机械、空化、微声流以及热效应。
机械、微声流效应就是需要刀又快又硬，空化效应则是要刀抗腐蚀能力强，热效应则是刀体的热传导能力强。
这样刀在切割软组织时才能既展现微声流的破坏能力，又能抗住高强度的振动。
还能承受住空化效应冲击波、反射流的腐蚀，最后再将产生的热量传导到外部。
从而在器官的切割破坏任务中精准避开周围的血管以及神经；
最后再在了却身后事后，不粘连凝固的组织全身而退，不带走一片云彩。
而超声骨刀更加简单粗暴，就是极致的快，超声骨刀的加速阈值必须超过12000g。
只有刀足够快才能在瞬间碎开骨组织同时不伤害到周围的软组织；
从而让手术过程更加快，让术者受到的伤害更加小。
我国与美日的差距
美日的技术优势在于美国高端的钛合金技术、日本的压电陶瓷以及两者都擅长的电路技术。
美国的高端钛合金生产工艺更加精细，其成分、含量以及硬度都要优于国产的钛合金，这也导致两者能够覆盖的领域不同。
美国高端钛合金多使用于航空、国防、医用等领域精良设备的制作，而国产钛合金多见于建筑、汽车以及常见电器上。
美国对出口中国的高端钛合金有着严格的限制，这也是限制我国在超声刀领域研究速度的重要因素之一。
压电陶瓷是超声波领域的心脏，所以它也是超声刀的心脏，其决定了超声刀的超声波传递以及转换效率。
日本已经深耕压电陶瓷四十余年，在国际市场上占据半壁江山的地位无人能够撼动。
日本之所以对压电陶瓷有这么强大的控制能力，在于其对高端陶瓷粉料以及陶瓷生产设备市场的占有。
日本的企业多采取联合研发开发的模式，技术以及应用的摩擦让日本压电陶瓷技术一飞冲天。
而反观国内，陶瓷粉料的生产规模并没有专业化以及统一化，大多企业只能自产自销。
起步晚、严重的技术交流问题导致国内压电陶瓷的研究与应用水平提升缓慢。
集成电路是控制超声刀的大脑，美日集成电路在多数领域有着明显的优势。
美国的集成电路研发起步早，它作为集成电路以及半导体的开山鼻祖；
在设备的研究设计以及软件开发有着无可匹敌的领先优势。
日本则是在半导体关键材料——硅片上有着绝对的领先优势，美日两方的协和限制下，中国对集成电路的开发举步维艰。
超声刀所有高端领域均多数掌握在美日手上，这也是导致我泱泱大国难倒在这小小的一把手术刀上的重要原因。
如何攻克这些难题，我国在每个关键材料上都有自己独特的布局方式。
“千方”与“百计”
我国对钛合金的研究采取不耻下问、勤学好思的策略。
首先就是政府高度重视技术的创新，出台了一系列政策鼓励企业开发研究，加强研学的合作关系，推动技术的产业的升级。
我国在钛合金的研发上只有家里有矿这个巨大优势。
所以对美日的技术封锁，我国采用“你有你的百技，我有我的千方”的过墙思路。
中国在钛合金产业链的合作上挟钛合金以令美日。
我国秉持着开放的交流态度在合作过程中不断推动我国对美日技术的吸收。
再在吸收的技术上升级转型，不断迸发新的研发思路，从而推动高端钛合金的生产开发。
比如中国航空领域上的C919大飞机、医疗领域的钛合金关节以及自己创新的钛合金打印技术。
这些都是我国基于自己的实际国情不断向国际学习，并在一些比较特殊的应用领域赶超的成就。
不仅如此，对于超声刀的研究开发思路，我国已经有企业有自己的思路。
对于超声刀刀头材料，比亚迪采用新的思路，准备用国内更加熟悉的陶瓷材料作为代替品。
用陶瓷做刀头有着金属无法匹敌的优势。
首先，陶瓷的硬度仅次于金刚石，采用陶瓷不用频繁更换手术刀刀头。
同时陶瓷也能够更好地解决空化效应带来的腐蚀问题，但是陶瓷也有一个比较重要的问题。
陶瓷的导热性以及脆性都是无法忽略的问题，对于切割骨组织的超声骨刀，陶瓷材料的选择范围会受到极大的限制。
对于换能器的技术攻坚上，比亚迪也给出了不同的思路。
比亚迪将换能器改成悬空架构，降低了振动对手术过程的影响。
同时比亚迪还准备绕开换能器，改成使用高频电磁振动装置；
这些改动无疑是四两拨千斤，化被动为主动，让自己活在自己的舒适圈。
比亚迪这些骚操作无疑是在超声刀的领域给予美日两国当头一棒，往日德国的盾构机，就是将来的超声刀。
继续享受超声刀的价格优势，还是选择放开垄断让价格更加合理；
从而放缓中国的研究速度，这将是美日最难选择的问题之一。
对于集成电路的攻坚，其实不仅仅是超声刀领域。
国内只要涉及电器使用基本绕不开，所以其实集成电路的开发研究更加迫在眉睫。
我国目前无论是在材料或者软件设备上，在短期内都是无法赶上美日两国，这是不争的事实。
从整体上看，我国集成电路首先最关键的问题就在于顶尖专利上。
基本上集成电路开发的每个关键节点都会受美日双方技术专利的限制，这导致我国集成电路市场的开发相对缓慢。
而我国目前就只能一直不断填充相对低端的技术专利，从而为将来在集成电路领域的拓展铺路，避免受限于人的情况不断出现。
而且在低端专利的技术上，也能不断更迭出相对高端的专利，从而让中国能够在集成电路的领域中上桌夹菜。
结语
国产超声刀只是我国在众多领域受限的一个缩影。
不管是超声刀还是芯片的技术问题，反馈的都是我国技术上的不足。
但是我们也相信我国新生代的科技创新能力。
核弹、激光、卫星导航、移动通信、汽车电池，这一个个从被卡脖子到完全自给自足，都抒写着我国强大的创新能力。
我们同样相信未来某一天，国产超声刀会为我国的医疗事业做出巨大贡献，成为代表中国智造的一张亮眼名片。
大家对超声刀又有怎样的认知以及见解呢？
欢迎大家在评论区分享探讨。
热门跟贴