申強：逐夢MEMS陀螺科技之巔

王艷敏

申強

航展、武器展，哪個展臺最能體現一個國家的軍事發展水平？問題的答案眾說紛紜，說發動機的有，說雷達的也有，但是軍事圈有個默認的規則：導航系統先進，則武器一定先進；導航系統落后，武器系統一定臃腫低能。所以，全世界資深軍事家觀展時有個必看的關鍵項目，就是：導航儀。導航儀的種類很多，有衛星導航儀、激光陀螺儀、光纖陀螺儀、微機械陀螺儀。其中微機械陀螺作為慣性導航系統的基本核心元件，具有體積小、重量輕、成本低等優點，在國防軍事領域有著重要的應用需求。

但當前，基于微機電系統技術（以下簡稱“MEMS技術”）的高端工業裝備以及航空、航海用陀螺幾乎全被國外企業壟斷，同國際先進水平相比，國內新品研制及技術工藝大約落后5～10年。為打破當前困局、趕超國外先進技術水平，探索MEMS陀螺高精度實現的新方法變成一件迫在眉睫的事情。

為不斷提升MEMS傳感器性能指標，探索科技發展前沿，西北工業大學機電學院副研究員申強已在MEMS傳感器技術領域執著鉆研12年，憑著對慣性傳感器——微機械陀螺的系統設計分析及其高精密測控電路技術的深刻理解，在這一領域他已收獲了諸多可圈可點的創新成果，為提升我國國家安全水平提供了重要的技術保障。

扎根西工大 探索最前沿

申強是土生土長的西安人，也是真正本土培養的MEMS陀螺青年學者，他常說自己很“土”，“土”到除了出差幾乎沒離開過西安，沒離開過西北工業大學（以下簡稱“西工大”）。

高考時，雖也想過到外面的世界去看看，在志愿上填報了幾所外省的學校，但他還是被西工大的提前批次直接錄取了。

本以為自己分數很高，入學申強才發現班里不乏全國各地的高考狀元。在強者如林的氛圍中，對于學業，申強不敢有絲毫懈怠。大三時，這個狀元班要進行重新分流，申強被分到了自動化學院，專業為測控技術與儀器，這是西工大的一個特色專業。師從秦永元教授，申強對陀螺的探索從那時開啟。

“秦教授是我國慣性導航領域權威，西工大慣性導航專業的發展壯大離不開秦教授所做的貢獻。當時老爺子年齡也大了，有幸得到他的指導是非常幸運的事。”提到秦永元教授，申強滿是尊敬。“師傅領進門，修行在個人。”在秦教授的指引下，申強逐漸入了門，對所學的東西也越來越感興趣，為了學到更多知識，申強決定繼續深造。

當時機電學院在做微型陀螺，這與申強本科所學有關聯，于是他決定報考機電學院的研究生。哪知這一考，申強就再也沒離開過機電學院，在這里讀完了碩士又接著讀博士。

很多人都覺得讀博士很辛苦，但申強卻沒這種感覺。“也許是當時只想把手上的課題做好，辛苦與否根本不在我的考慮范圍之內吧。后來有了比較，我突然感覺原來博士期間我付出了很多。”申強笑著說。

5年博士，申強找到了科研的感覺與狀態，把手中的研究繼續做下去是他當時最強烈的想法。有電子與機械工程的交叉學科背景，還有博士期間的優異表現，導師苑偉政教授對他的工作很認可，于是留校成了申強自然而然的選擇。

申強清楚，在高校開展的研究只是萬里長征才剛剛邁出第一步，最后成果能落地應用真正回饋到工業部門、回饋到社會，才能證明自己工作的價值。“把手中的事情繼續做下去并做好”，堅守這個信念，申強信心滿懷走上工作崗位。

“青椒”初長成“土博士”也有春天

因從沒離開過西工大這個平臺，所以很多“青椒”（網絡語言，對青年教師的稱呼）遇到的在新環境的適應問題，申強并沒遇到過。因為有學校、學院、導師苑偉政教授、副導師常洪龍教授的幫助，申強的工作開展得很順利，對很多“青椒”在論壇或者是公共平臺上寫的一些感受,他并沒有太多感覺。至于那些會分散人精力的培訓、考核，申強也是用平常心對待。“我覺得無非就是一些考核，一關關過就行了。”申強說。心態好加踏實干，工作3年多，憑借出色表現，申強不僅通過了職稱考核，還成為了碩士生導師。

2019年11月，申強被評為2020年度陜西省“青年科技新星”，得知這個消息，申強很高興，因為作為一個本土培養的“土博士”能在強手如林的環境中脫穎而出實屬不易，這證明了在“洋博士”更受青睞的當下，“土博士”是有生存空間的。“我當時覺得能出學校就已經很不錯了，因為只西工大報的人就很多，競爭十分激烈。先出學院再出學校，再走向全省，誰也不敢保證能最后勝出。我個人的經歷說明，只要真真正正去努力，好像結果都不差。” 申強笑著說。

留校時申強目標很明確，要將自己所做的微機械陀螺實現產業化，目標說出來簡單，但真正落實的過程卻很曲折。

做微機械陀螺涉及多學科交叉，包括電子、控制、微電子、封裝、制造，涵蓋很多領域的知識。涉及的知識面多了，遇到的困難也會很多。不僅協調各領域優質資源是個挑戰，作為一個“青椒”本身也會面臨很多問題，比如經費、人員等，但導師苑偉政教授、副導師常洪龍教授不遺余力的支持，幫助申強解決了這些問題。

留校工作后，申強在實驗室工作的時間比以前更長了，晚上加班到很晚是常有之事。師弟曾開玩笑：“你跟讀博士沒啥區別，除了領工資。”

他承擔的國家自然科學基金青年項目“硅微機械陀螺片上旋轉調制高精度實現方法”已經于2020年結題。“項目推進過程中也會有棘手的問題，但經過5年博士訓練，我有足夠的心理準備遇到問題不會慌，用科學的思考、科學的方式，我們可以把問題解決好。另外，有平臺、團隊的助力，有大家的密切配合和相互協作，交叉學科的很多問題都迎刃而解了。”申強說。

申強介紹，微機械陀螺作為慣性導航系統的基本核心元器件，具有體積小、重量輕、成本低等特點，在高端工業及航空裝備、深空探測、深地勘探等國家戰略領域有著重要的應用需求。基于MEMS技術的固態波動陀螺因其全對稱結構特征以及潛在的高精度等優勢成為國際研究熱點。然而，在當前現有MEMS固態波動陀螺懸浮可動結構單柱支撐、全對稱工藝修調、極弱電容轉I/V測控等技術對陀螺性能具有有限提升幅度的情況下，如何釋放突破固態波動原理對提升陀螺精度及環境動態響應能力的潛力卻成為制約其發展的技術瓶頸。

為破解難題不斷提升陀螺精度，申強在項目中進行了持續攻關，并首次提出一種基于MEMS技術的片上全諧振式聲光耦合固態波動陀螺高精度敏感機理實現新方法。理論分析表明，諧振式聲光耦合陀螺精度優于0.01°/h，結構尺寸僅為2mm×2mm×0.4mm，使得芯片級諧振式聲光耦合固態波動陀螺突破現有MEMS固態波動陀螺的精度及環境動態響應能力成為可能。通過查閱公開文獻報道可知，該方法在國內外尚屬首次，這對于探索微納尺度下MEMS固態波動陀螺高精度實現兼具良好的動態響應能力具有重要的戰略意義，是一項基礎性、創新性、前沿性極強的研究。目前，這一原創方法已得到業內專家們的認可，這讓申強很受鼓舞，因為他離將微機械陀螺實現產業化的目標越來越近了。

此外，由他負責的國家重點研發計劃子課題“微慣性傳感器及其接口控制電路設計研究”也在進行中。通過此課題，申強想做國產的設計平臺。“這是系統性很強的一件事，挑戰很大，好在之前我有系統分析的基礎，還拿過中國機械工程學會上銀優秀博士論文獎。作為之前工作的延續，目前項目的攻關還沒有遇到太多的問題，但在產業化過程中一定會有很多問題。遇山開山，遇水架橋，投入時間精力，用科學的思路解決問題，即使過程曲折，結果也不會差。”申強說。

未來可期 不負韶華

“我們的微/納米系統實驗室是正兒八經白手起家的，1992年苑老師從法國回來后一手創辦了實驗室，當時國內誰聽說過微機電系統啊！”說起自己所在的團隊，申強很自豪。

由于微機電系統研究在國內的起步較晚，所以很長一段時間，從實驗室畢業的學生就業常常遇冷，因為招聘單位不清楚這個研究方向到底是干什么的。在苑老師的帶領下，大家合力開拓創新，實驗室逐漸成長壯大，成為面向全國開放的微機電系統研究和人才培養的重要基地，畢業生由當初的遇冷變得非常搶手。“埋頭所在領域去做專業的事情，并始終如一地做下去，有一天你會突然發現，自己變得強大了。我們的實驗室就是這樣。”申強說。

近10年，實驗室獲得3項國家大獎，“飛行器流動測控靈巧蒙皮技術”獲2010年度國家技術發明獎二等獎；“微機電系統的泛結構化設計方法與技術”獲2011年度國家技術發明獎二等獎；“航空航天特種MEMS制造技術及其應用”獲2019年度國家技術發明獎二等獎。除此，“高精度硅微機械陀螺及其工程化技術”還獲得2018年陜西省科學技術獎一等獎。拿到這些獎，大家很高興，苑老師更高興，因為多年的投入終于獲得了認可，更重要的是通過項目培養了一批能打“硬仗”的學生。

申強就是通過這些項目鍛煉起來的，目前他研制的高精度硅微機械陀螺工程樣機及系統已在空空導彈、“北斗”導航、空天飛機、新型戰機、艦艇測試等多個重大項目中實現了工程應用。看到學生的成長，老師很欣慰，盡管現在申強已獨立走上工作崗位，但是他的每一次進步，老師都看在眼里。最近，常洪龍教授打來電話說，申強寫材料的文筆越來越好了，思路越來越清晰了。申強說，老師的督促和鼓勵，讓他受用終生。

現在申強也有了自己的學生，雖然搞研究時他很嚴肅，但在學生面前他完全是另外一副樣子，正因如此學生們都管他叫哥。聊天時，他會跟學生聊各種各樣的問題；做研究，他給學生充分的自由，只要求兩點：第一態度，第二努力去做。當看到一個個學生從混亂的科研“小白”變得越來越有條理、越來越有邏輯時，他心里由衷地高興，他體會到了苑老師、常老師看到自己進步時的那種欣慰。他希望帶著學生們一起進步。

新冠肺炎疫情期間，學校雖然沒有安排什么事，但申強卻為自己安排了好多工作，每天都會在實驗室待很長時間。他說：“在高校，我還是一個‘青椒’，又是課題組一個非常重要的成員，就該去舍棄一些休息時間，多做一些事，在人生的這個階段，就應該這樣。”

申強喜歡騎行，從西工大老校區到秦嶺30多公里，騎行過去是一段非常舒服的距離，每次他都喜歡騎到秦嶺頂上的著名景點“分水嶺”去看看，在這里，秦嶺南邊的水流到長江，北邊的水流到黃河。看到這樣的風景，申強很有感觸，他說：“到達山頂，要一腳一腳把車蹬上去，搞科研也如此，要一步步來，不失去斗志，保持積極的心態，順應大勢，未來總不會太差。”