創(chuàng)意光纖 隨心顯示
——記清華大學(xué)第30屆“挑戰(zhàn)杯”一等獎(jiǎng)項(xiàng)目“光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)”研發(fā)者李子赫
研通社記者 時(shí)雪 特約學(xué)生通訊員 郭金鵬
如今LED大屏幕、液晶顯示器隨處可見(jiàn)，可你想過(guò)無(wú)需外置、無(wú)論厚薄，你身邊的墻壁本身就是一個(gè)大屏幕么？清華大學(xué)精儀系本科一年級(jí)學(xué)生李子赫就做出了這樣的嘗試。
圖為李子赫（左一）在第30屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品展覽上向校長(zhǎng)陳吉寧（左二）、校黨委書記胡和平（右二）展示研究成果。
光纖是一種利用光在玻璃或塑料制成的纖維中的全反射原理而達(dá)成的光傳導(dǎo)工具，具有傳導(dǎo)過(guò)程中能量損失少、重量輕、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)。將一定數(shù)量的光纖通過(guò)嵌入粉狀材料或打孔的固體材料中，然后通過(guò)后期加工和表面切割形成有光纖均勻散布的平滑板面，這就構(gòu)成了顯示端。再將光纖的另一端按與頭端位置相對(duì)應(yīng)的原則捆扎成相應(yīng)幾何形狀構(gòu)成受光端。受光端與發(fā)光光源及圖像采集裝置相連接，通過(guò)控制系統(tǒng)控制發(fā)光光源實(shí)現(xiàn)可控放光，并通過(guò)墻體里的光纖傳導(dǎo)到光纖頭端，使每一個(gè)頭端的相應(yīng)顏色發(fā)生變化，從而在固體表面形成文字及畫面，完成圖像顯示。同時(shí)，如果用手去觸碰顯示表面，圖像采集裝置就能夠采集固體材料表面的光變化，從而得知觸摸點(diǎn)的位置。
李子赫是利用水泥為固體材料完成該實(shí)驗(yàn)的初始模型的，他在水泥凈漿中均勻插入了1560根光纖，通過(guò)后期加工和表面切割在水泥板面形成了一個(gè)由52×30個(gè)光纖頭端組成的光滑的顯示平面。“實(shí)驗(yàn)過(guò)程里最麻煩的就是手工排列這1500多根光纖，相當(dāng)繁瑣，要是換成機(jī)排會(huì)省力也規(guī)范的多。”整個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了兩個(gè)月左右，并不算長(zhǎng)，但因?yàn)槔钭雍帐且粋€(gè)人完成的，所以時(shí)間緊、任務(wù)重，常常要熬到深夜。再加上同時(shí)肩負(fù)了若干個(gè)研究項(xiàng)目，凌晨3點(diǎn)睡早上7點(diǎn)起成為李子赫生活的常態(tài)。在記者問(wèn)為什么不組隊(duì)去做這個(gè)項(xiàng)目的時(shí)候，李子赫回答“在實(shí)驗(yàn)材料的方面也是有建筑材料研究院的同學(xué)幫忙的，但實(shí)驗(yàn)是我一個(gè)人做的，我自己能完成的事兒從不麻煩別人。”說(shuō)到這兒，這個(gè)1992年的大男孩一臉自信，神采飛揚(yáng)。
圖為“光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)樣品。
“其實(shí)我最早是想把光纖扔到水泥墻里，看看能不能做出星空的樣子。”這個(gè)頗有童趣的想法最終促成了“光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)”的實(shí)現(xiàn)，并獲得了清華大學(xué)第30屆“挑戰(zhàn)杯”學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技競(jìng)賽一等獎(jiǎng)。當(dāng)然，受到肯定并不是因?yàn)槔钭雍粘晒Φ刈寜Ρ陲@示了星空的樣子，這一研究成果的確讓我們看到了其實(shí)用價(jià)值和發(fā)展前景。相對(duì)于傳統(tǒng)的顯示終端，該系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)勢(shì)。
圖為“光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)樣品顯示文字效果。
讓墻壁等光滑表面成為顯示平面看上去并不新鮮，傳統(tǒng)的投影儀就能做到這一點(diǎn)，然而，光纖屏幕是內(nèi)置系統(tǒng)，從里發(fā)光，這克服了投影設(shè)備不能受到遮擋，易受外部影響的特點(diǎn)，帶來(lái)更好的視聽(tīng)感受。光纖屏幕的目的并不在于替代投影設(shè)備，其主要應(yīng)用方向一是公共場(chǎng)所及特殊環(huán)境中的大屏幕，一是家用可觸摸小屏幕。相對(duì)于現(xiàn)在得到廣泛應(yīng)用的LED大屏幕，光纖屏幕有著成本低、壽命長(zhǎng)、零輻射、易修理、不受使用環(huán)境限制等優(yōu)勢(shì)。
以100寸屏幕為例，LED屏幕的成本需要20000元人民幣，而光纖屏幕僅需要它的十分之一。除制作費(fèi)外，LED屏幕還需要投入大量的電費(fèi)及維修費(fèi)用，使用壽命較短，而光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)以墻體等固體材料為屏幕，省去了屏幕制作的費(fèi)用，又是通過(guò)光纖傳導(dǎo)放大圖像信號(hào)，發(fā)光源本身的耗電量很小，做到了節(jié)能環(huán)保。經(jīng)計(jì)算，光纖屏幕的使用壽命在20年左右，光纖又嵌在水泥墻壁里，抗腐蝕性提高，不需要經(jīng)常更換，維護(hù)成本大大降低。
此外，因?yàn)楣饫w屏幕并不改變固體材料本身的形態(tài)和屬性，它就可以被利用于水下及戶外等使用環(huán)境較為惡劣的領(lǐng)域。如在游泳池側(cè)壁顯示相關(guān)信息，替代現(xiàn)有戶外屏幕不受風(fēng)霜雨雪等天氣的影響。在家用小屏幕方面，光纖屏幕使得任何光滑家具表面都有成為觸摸屏幕的可能，且它實(shí)現(xiàn)了光電分離，達(dá)到無(wú)電磁輻射的目的，更適合家庭應(yīng)用。
將光纖嵌入固體材料從而顯示圖像，使屏幕的厚度變?yōu)榱悖@一研究成果做到了其它技術(shù)無(wú)法做到零厚度顯示。目前，這個(gè)創(chuàng)意正在申請(qǐng)兩項(xiàng)國(guó)家專利。“當(dāng)然，現(xiàn)在這個(gè)研究還處于很初步的階段，將來(lái)可能會(huì)直接生產(chǎn)帶有內(nèi)置光纖的固體顯示材料比如水泥磚直接進(jìn)行建筑，總之想把這個(gè)創(chuàng)意變成一個(gè)產(chǎn)品，現(xiàn)在只是一個(gè)想法，真正能夠?qū)崿F(xiàn)大概需要5到8年”，李子赫暢想。
現(xiàn)在他已將該創(chuàng)意形成了詳細(xì)的創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行了市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和營(yíng)銷策略等方面的分析，并在積極爭(zhēng)取風(fēng)險(xiǎn)投資。“科技進(jìn)步了，人們對(duì)產(chǎn)品舒適度、美觀度的要求越來(lái)越高，我們要追求更炫、更人性化。‘十二五’規(guī)劃里，國(guó)家也提出了要大力支持節(jié)能環(huán)保的綠色產(chǎn)業(yè)的政策，我們也在響應(yīng)這樣的政策。”向記者介紹自己研究理念的李子赫透露出難得在一個(gè)大一新生身上看到的成熟和穩(wěn)重。
“光纖嵌入固體材料可控顯示觸摸系統(tǒng)”并不是李子赫的第一個(gè)創(chuàng)業(yè)計(jì)劃，他在2012年初創(chuàng)立了北京在聊科技有限公司，“在聊網(wǎng)”是以英語(yǔ)在線教學(xué)和留學(xué)咨詢?yōu)榍腥朦c(diǎn)，對(duì)接美國(guó)本土名校大學(xué)生和中國(guó)學(xué)生，以服務(wù)時(shí)間為產(chǎn)品的第三產(chǎn)業(yè)服務(wù)電子商務(wù)平臺(tái)，現(xiàn)已完成初始融資，正在進(jìn)行內(nèi)測(cè)，預(yù)計(jì)6月初上線。
李子赫身上兼具對(duì)科研的興趣和對(duì)創(chuàng)業(yè)的極大熱情，高中時(shí)代就獲得過(guò)“英特爾全國(guó)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)比賽”第一名、北京市科技創(chuàng)新最高獎(jiǎng)項(xiàng)“市長(zhǎng)獎(jiǎng)”等獎(jiǎng)項(xiàng)，受到胡錦濤主席接見(jiàn)，并保送至清華大學(xué)學(xué)習(xí)。進(jìn)入大學(xué)之后，他又創(chuàng)立了清華大學(xué)創(chuàng)業(yè)者俱樂(lè)部，以期加強(qiáng)創(chuàng)業(yè)交流，實(shí)現(xiàn)研究成果向現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。
李子赫的大一生活格外忙碌而充實(shí)，我們也期待，這個(gè)鋒芒初顯的男孩會(huì)在清華也在他以后的人生中走出怎樣的未來(lái)。
編輯：襄 樺
