光刻機(jī)上的晶圓如何能精準(zhǔn)地進(jìn)行光刻、制作出納米級(jí)的集成電路？數(shù)控機(jī)床如何加工出復(fù)雜精巧的零件？工廠(chǎng)中的機(jī)器人如何快速對(duì)準(zhǔn)每一個(gè)螺絲釘……看得見(jiàn)的操作背后，是一套看不見(jiàn)的精密運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。“控制是幫助事物實(shí)現(xiàn)秩序的一套邏輯”，而汪澤就是這套邏輯背后的設(shè)計(jì)師。從保家衛(wèi)國(guó)的大國(guó)重器，到事關(guān)百姓衣食住行的民生應(yīng)用，在科研攻關(guān)第一線(xiàn)，清華大學(xué)“90后”青年教師汪澤正揮灑青春汗水。
勇攀“精密機(jī)械的珠穆朗瑪峰”
2020年，從天津大學(xué)直博清華的汪澤順利拿到了博士學(xué)位，完成了兩年博后工作，2022年，他正式留校，在清華大學(xué)機(jī)械工程系機(jī)械電子工程研究所擔(dān)任助理研究員，主攻機(jī)電系統(tǒng)精密運(yùn)動(dòng)控制與軌跡規(guī)劃、智能制造裝備方向。從項(xiàng)目申報(bào)、競(jìng)標(biāo)、核心技術(shù)研發(fā)、項(xiàng)目需求對(duì)接、技術(shù)方案驗(yàn)證、線(xiàn)下測(cè)試到產(chǎn)品落地，以及后期擴(kuò)大技術(shù)影響力，用汪澤的話(huà)說(shuō)，“我們課題組就好比一個(gè)小型創(chuàng)業(yè)公司，不管是技術(shù)研發(fā)、項(xiàng)目攻關(guān)還是其他的瑣事，都要事事關(guān)心”。
螺螄殼里做道場(chǎng)，做機(jī)械控制和裝備最關(guān)鍵的就是精度，以及設(shè)備、程序的可靠性，汪澤和同事們孜孜以求。汪澤所在團(tuán)隊(duì)為科技部重點(diǎn)領(lǐng)域“IC裝備精密機(jī)械與測(cè)控”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，以團(tuán)隊(duì)所承擔(dān)的光刻機(jī)工件臺(tái)項(xiàng)目為例，眾所周知，指甲蓋大小的芯片集成了幾十億甚至上百億個(gè)晶體管，對(duì)制造芯片的光刻機(jī)精度要求可以說(shuō)是近乎苛刻。光刻機(jī)始終保持高速運(yùn)動(dòng)，通過(guò)“線(xiàn)動(dòng)成面”的方式完成小區(qū)域內(nèi)的高精度光刻。但這個(gè)動(dòng)的過(guò)程可不簡(jiǎn)單，要求工件臺(tái)和掩模臺(tái)要在高動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)優(yōu)于2納米的同步運(yùn)動(dòng)精度。汪澤說(shuō)，這相當(dāng)于兩架時(shí)速1000公里的飛機(jī)并排飛行，兩者在任意時(shí)刻的飛行位置偏差不超過(guò)頭發(fā)絲直徑的八十分之一，如此極端的性能指標(biāo)使得光刻機(jī)工件臺(tái)被譽(yù)為“精密機(jī)械的珠穆朗瑪峰”。
失之毫厘、差之千里，任何環(huán)節(jié)都不容有差池。反復(fù)調(diào)試設(shè)備、解決各種Bug，工作看似枯燥，但每前進(jìn)一小步，成就感便油然而生。“十年磨一劍，百天一納米”，從最開(kāi)始對(duì)光刻機(jī)和工件臺(tái)幾乎一無(wú)所知，到完成我國(guó)第一臺(tái)10納米同步精度的氣浮運(yùn)動(dòng)臺(tái)、第一臺(tái)適配光刻機(jī)整機(jī)要求的雙工件臺(tái)α樣機(jī)，再到現(xiàn)如今面向最先進(jìn)極紫外工藝的真空磁浮臺(tái)，“我所在的團(tuán)隊(duì)用行動(dòng)和事實(shí)有力地證明，我們可以”，汪澤說(shuō)。
“大國(guó)重器”背后的耕耘者
目前，我國(guó)的高鐵運(yùn)營(yíng)里程超過(guò)4.6萬(wàn)公里，位居全世界第一，甚至超過(guò)世界上其他國(guó)家的總和。“大國(guó)重器”背后，凝聚著科學(xué)家們無(wú)數(shù)心血。最近，汪澤正忙著設(shè)計(jì)研發(fā)一款高鐵接觸網(wǎng)運(yùn)維檢修機(jī)器人。
“人們看到的是白天高鐵飛速運(yùn)行，殊不知夜間檢修工作更為關(guān)鍵。以‘班味’最濃的京滬高鐵為例，全長(zhǎng)1300多公里，基本每1公里就要配一個(gè)班組進(jìn)行高強(qiáng)度的維護(hù)檢修，要查看高鐵接觸網(wǎng)上的螺栓有無(wú)松動(dòng)，吊弦是否脫落、斷裂等等，每一個(gè)小疏忽都可能威脅高鐵安全運(yùn)行，可見(jiàn)高鐵運(yùn)營(yíng)維護(hù)的人力物力成本很大。我們就在思考，能不能設(shè)計(jì)出一個(gè)自動(dòng)檢修機(jī)器人，尤其是高海拔、高寒等環(huán)境惡劣地區(qū)，用機(jī)器去解放人力，同時(shí)保證檢修運(yùn)維效果。”汪澤說(shuō)。
目前成熟的機(jī)器人應(yīng)用很多，把相關(guān)技術(shù)遷移過(guò)來(lái)不就可以嗎？汪澤表示，機(jī)器人在室內(nèi)穩(wěn)定工作環(huán)境下的技術(shù)確實(shí)比較成熟，但到了野外，一天之中光照強(qiáng)度的變化會(huì)直接影響機(jī)器人攝像頭捕捉，低溫、大風(fēng)、高腐蝕等極端條件層出不窮，更別提各類(lèi)不確定因素，比如天上飄來(lái)的塑料袋、停了一只小鳥(niǎo)，人很容易辨別，但機(jī)器人就不一定能隨機(jī)應(yīng)變了，機(jī)器人在應(yīng)對(duì)非結(jié)構(gòu)化環(huán)境方面仍是個(gè)難題，我們也在不斷攻克。“我們課題組負(fù)責(zé)機(jī)器人本體設(shè)計(jì)制造、安全控制方法、機(jī)器人測(cè)量定位技術(shù)等等，最近在做集成，下一步準(zhǔn)備裝車(chē)試驗(yàn)，明年計(jì)劃到即將開(kāi)通的廣湛高鐵進(jìn)行線(xiàn)下測(cè)試。”
這只是汪澤及其課題組所負(fù)責(zé)項(xiàng)目的冰山一角。飛行器、光刻機(jī)、高鐵……科技的力量在悄然改變著人們的生活，每一個(gè)微小進(jìn)步背后，是汪澤這樣的科學(xué)工作者在日以繼夜地付出。
干驚天動(dòng)地事，做隱姓埋名人
今年秋季新學(xué)期，汪澤的角色又多了一重——擔(dān)任清華大學(xué)機(jī)械系新生班班主任。巧的是，這個(gè)班級(jí)的班號(hào)竟是“404”：這是清華機(jī)械系歷史上從沒(méi)有過(guò)的班號(hào)；從互聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)說(shuō)，意味著內(nèi)容無(wú)法找到。他跟同學(xué)說(shuō)：“這個(gè)班號(hào)，注定了你們要干驚天動(dòng)地事，做隱姓埋名人。”
“從小到大，我們都說(shuō)要當(dāng)社會(huì)主義的接班人，但沒(méi)人告訴我們?cè)趺唇影唷．?dāng)你們踏入清華機(jī)械系的一剎那，命運(yùn)的齒輪可能就已經(jīng)開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)了。當(dāng)你們?cè)趯W(xué)校打好基礎(chǔ)，慢慢地去做國(guó)之重器，這些是真的能夠?yàn)閲?guó)家話(huà)語(yǔ)權(quán)、國(guó)防安全、人民健康發(fā)揮切實(shí)作用的。”
今年是中國(guó)第一顆原子彈爆炸60周年，最近，汪澤專(zhuān)門(mén)組織學(xué)生們?nèi)ビ^(guān)看了清華大學(xué)經(jīng)典原創(chuàng)話(huà)劇《馬蘭花開(kāi)》，這部劇講述了兩彈元?jiǎng)奏嚰谙葹樽鎳?guó)核武器事業(yè)嘔心瀝血、忘我?jiàn)^斗的不平凡人生。他對(duì)學(xué)生說(shuō)：“家國(guó)情懷其實(shí)就在潛移默化之間，藏在你的每一個(gè)選擇和奮斗里，哪怕是做好一道微積分習(xí)題。或許未來(lái)的國(guó)之重器里，就有一串來(lái)自你寫(xiě)的代碼。”
如今，汪澤和學(xué)生打成一片，和學(xué)生一起上集體自習(xí)，帶學(xué)生做項(xiàng)目，他樂(lè)于看到學(xué)生的成長(zhǎng)進(jìn)步，如同看到了當(dāng)年剛剛踏入校園時(shí)懵懂的自己。“做科研工作就像一場(chǎng)接力，需要一代又一代人去接過(guò)前人的一棒，不斷前行、迭代、更新。”汪澤說(shuō)。
編輯：李華山
