“王炸級(jí)”顛覆性技術(shù)——太赫茲

吳明

疫情期間，在上海地鐵2號(hào)線剛剛投入使用的一臺(tái)太赫茲安檢儀讓人眼前一亮。乘客接受安檢時(shí)，無需與任何人接觸，只需正常步行通過一個(gè)安檢通道，還可以同時(shí)完成“測(cè)溫”工作。乘客是否攜帶違禁品、是否發(fā)燒等都一一顯示在屏幕上。

這不僅真正實(shí)現(xiàn)了“全過程無接觸”的安檢安防模式，大大降低了病毒交叉感染的可能性，還將通行效率提升近5倍！

太赫茲是什么？它是怎么做到這些的？

安檢界的“天選之子”

近20年來，制約太赫茲技術(shù)發(fā)展的瓶頸相繼被突破。于是，太赫茲技術(shù)得以橫空出世，一上來就讓人對(duì)其性能驚嘆不已。

從空間分辨率的角度來看，太赫茲比傳統(tǒng)的微波、毫米波的波長(zhǎng)要短，所以用太赫茲進(jìn)行成像空間分辨率高；從穿透能力來看，它比紅外和可見光的波長(zhǎng)要長(zhǎng)，所以穿透能力強(qiáng)；在安全性方面也好于X射線。顯然，太赫茲是蘊(yùn)含眾多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的電磁頻段。

太赫茲技術(shù)的開發(fā)和利用，首先讓一個(gè)行業(yè)陡然一變，那就是安檢。長(zhǎng)期以來，全世界的安檢其實(shí)都陷入到深深的困擾中：如何才能兼顧安全、快速、有效？

從美國的經(jīng)歷中可以窺出安檢安防存在的困境。2009年12月25日，在一架從荷蘭飛往美國的A330寬體客機(jī)上，一名男子引爆一個(gè)爆炸裝置，不過該裝置失靈，未發(fā)生劇烈爆炸，只造成數(shù)人受輕傷。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，犯罪嫌疑人是將爆炸物藏在內(nèi)褲中避過了安檢，這起事件對(duì)傳統(tǒng)安檢技術(shù)造成了很大沖擊。

此后，美國加強(qiáng)了航空安檢措施，在各大機(jī)場(chǎng)運(yùn)行X射線人體掃描儀，但X光會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生電離輻射導(dǎo)致健康危害，成像的清晰度也對(duì)人體隱私構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，由此引起了不小的爭(zhēng)議。隨后，用X光掃描人體被叫停。

從最近幾年歐美公共場(chǎng)所頻頻發(fā)生的暴恐襲擊來看，現(xiàn)有的安檢體系存在不小的漏洞，難以應(yīng)對(duì)愈來愈嚴(yán)峻的全球安全形勢(shì)。

難道人體安檢真的沒有一種安全、有效的形式嗎？

太赫茲顯然就是“天選之子”。

太赫茲真這么牛？

它能像X射線一樣輕易穿透紙張、衣服和部分塑料等材料，還不會(huì)有電離輻射帶來的健康隱患，即便最脆弱的生物樣本也可以安全使用它。

更重要的是，太赫茲安檢成像能做到分辨率小于1厘米，即一個(gè)硬幣大小的物體都能被辨識(shí)。同時(shí)，太赫茲探測(cè)技術(shù)具有普適性，人體衣物內(nèi)藏匿的陶瓷、液體、粉末、炸藥乃至體積較小的打火機(jī)都可以被太赫茲探測(cè)出其形狀與位置。

以被動(dòng)式太赫茲安檢儀為例，太赫茲一大優(yōu)勢(shì)就是輻射小。

目前，通常人們講的安檢輻射，是指安檢設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的電磁輻射和電離輻射，過量輻射會(huì)影響人的視覺系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和生殖系統(tǒng)等，對(duì)人體健康造成不可逆的損害。

用輻射測(cè)量?jī)x在被動(dòng)式太赫茲安檢儀內(nèi)的黃色區(qū)域停留、旋轉(zhuǎn)，輻射測(cè)量?jī)x的數(shù)值一直顯示為0。可以說明，被動(dòng)式太赫茲安檢沒有產(chǎn)生可以測(cè)量到的輻射，因?yàn)樗玫氖侨梭w自身發(fā)出的太赫茲波，而并不對(duì)人體進(jìn)行電磁波照射。

被動(dòng)式太赫茲安檢儀的第二個(gè)優(yōu)勢(shì)是具有寬泛的安檢范圍，不僅能像傳統(tǒng)安檢儀器那樣檢查出金屬違禁品，而且可以檢測(cè)藏匿的炸藥、毒品等非金屬違禁品。

實(shí)驗(yàn)者攜帶仿制槍具進(jìn)入安檢空間，安檢儀立刻報(bào)警，并在屏幕上顯示出了違禁品的具體位置——實(shí)驗(yàn)者的后背。

原來人體本身就會(huì)發(fā)射太赫茲波，當(dāng)人體攜帶物品時(shí)，物品本身對(duì)太赫茲波有不同程度的吸收和阻攔，經(jīng)設(shè)備接收并計(jì)算轉(zhuǎn)化后，使得太赫茲成像中對(duì)應(yīng)物品與人體背景之間產(chǎn)生強(qiáng)度的對(duì)比，物品的形狀和位置也就得到了探知，實(shí)現(xiàn)對(duì)違禁品的安檢。

受制于太赫茲技術(shù)發(fā)展瓶頸，太赫茲安檢儀對(duì)違禁品的檢測(cè)尚停留在回答有沒有的階段，無法檢測(cè)出違禁品的物化性質(zhì)，但這種可能性正離我們?cè)絹碓浇Ｔ谖磥恚掌澃矙z儀有可能告訴我們乘客拿的是白糖還是毒品，甚至還可以鑒別出毒品的種類。

無輻射、非接觸、不停留的太赫茲安檢“神器”，讓乘客在不知不覺中就完成了安檢，其科幻范兒像極了《碟中諜5》中讓黑客班吉也難以瞞天過海的安保系統(tǒng)。

“天選之子”的廣泛應(yīng)用

安檢只是太赫茲技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的“冰山一角”。它還可以應(yīng)用在通信、雷達(dá)監(jiān)測(cè)、生物醫(yī)療等領(lǐng)域，并且還將在軍事和空間方面有重要應(yīng)用。

比如在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。太赫茲波可以用來區(qū)分人體的一些病變細(xì)胞和健康組織，為皮膚癌、乳腺癌、燒傷組織診斷提供判別依據(jù)。其中，太赫茲成像裝置可以在癌癥早期就做出診斷，不需要切片檢測(cè)，為一些癌癥的早期無痛檢測(cè)帶來了曙光。

在軍事領(lǐng)域，太赫茲在沙塵、霧霾等天氣條件下相對(duì)于紅外和可見光的良好穿透性使得其成為指引作戰(zhàn)直升機(jī)盲降的新工具，成為美國DARPA的一個(gè)重要研究方向；太赫茲機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的高分辨視頻成像能力將可能帶來機(jī)載成像雷達(dá)的重大技術(shù)革新；太赫茲通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)都將可能成為軍事衛(wèi)星的重要載荷。

在能想到的和想不到的領(lǐng)域，太赫茲技術(shù)都能有很廣泛的應(yīng)用前景，甚至有科學(xué)家拿它來對(duì)食品中的地溝油、蔬菜水果中的殘留農(nóng)藥、奶粉中的三聚氰胺等進(jìn)行檢測(cè)。連2019年轟動(dòng)一時(shí)的人類歷史上首個(gè)黑洞照片都是用太赫茲波段的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)生成的。

應(yīng)該說，太赫茲技術(shù)其實(shí)就是一種超高級(jí)的感知能力，在當(dāng)下，它帶給我們最大想象的就是其在通信方面的應(yīng)用，太赫茲這種非接觸深度感知技術(shù)，就是物聯(lián)網(wǎng)的“火眼金睛”。

5G技術(shù)所能提供的連接數(shù)大約是100萬個(gè)連接/平方公里——在人口稠密的大城市，這個(gè)量級(jí)的連接數(shù)還是不夠的。真正能做到“萬物互聯(lián)”，恐怕還要等網(wǎng)絡(luò)容量更大的“太赫茲時(shí)代”來臨才行。

摘編自微信公眾號(hào)“瞭望智庫”