“港”创科25人丨专访香港理工大学超精密加工技术国

　　“我们可以通过超精密加工改变一个物体的表面特性使其疏水，但是也可以稍加变化，使其可以亲水，这有点像造物者的感觉。” 香港理工大学超精密加工技术国家重点实验室主任张志辉端详着手中一块加工到纳米精度的镜片说道。

　　实验室加工镜片所使用的仪器是天然单点钻石车刀，可以将金属材料打磨至纳米级粗糙程度，从而改变其物理特性，实现新功能。一纳米，是DNA双螺旋结构直径的一半。这个肉眼并不可见的计量单位，却是这间实验室的主角。

　　走进位于香港九龙尖沙咀核心区域的香港理工大学，穿过草坪广场和标志性的红砖建筑，就来到了超精密加工技术国家重点实验室。这间位于地下一层的实验室并不起眼，走进来却别有洞天，各类超精密加工仪器紧凑而有序地分别陈列在各个小房间。

　　在进入其中一间一万级无尘超精密测量实验室时，每个人都必须“全副武装”，换上无尘服和鞋套并通过吹气间，以防外界灰尘进入影响仪器精准度。

　　作为一个多学科跨领域的系统工程和当今创新科技的重要支撑技术，超精密加工技术在光电子学和机电一体化、视光、光学、通讯、生物医学工程等都有广泛应用。

　　“在先进光学方面，我们利用这项技术加工镜片，达到近视防控和裸眼3D的效果。生物医疗方面，可以通过这项技术加工手术刀和止血钳，使手术过程中不会黏刀，切割的伤口会较平整，创伤较小。通过这项技术，也能延长人工关节的寿命。” 张志辉向记者介绍。

　　自上世纪九十年代以来，超精密加工技术历经数十载的积淀与发展，目前全国各地很多地方超精密加工的研究“遍地开花”，建立了一系列超精密制造基地，积极寻求突破关键技术难题。在应用超精密技术及自主研发方面，我国已取得了显著的提升与进步。

　　1996年，超精密加工中心在香港理工大学成立。2003年, 超精密加工中心发展为先进光学制造中心，致力于研究超精密加工技术，主要用于加工自由曲面先进光学元件。2010年,中心获国家科学技术部批准与天津大学及清华大学的精密测试技术及仪器国家重点实验室建立超精密加工技术国家重点实验室伙伴实验室，围绕超精密加工技术的前沿方向和国家需求开展相关的科研工作，以提升香港及内地先进光学和关键精密部件的设计、制造和测量能力。

　　所谓超精密加工技术，是利用不同的超精密加工工艺，例如切削、抛光和磨削来改变物体的表面形状，从而赋予物件一些新功能。

　　“我最初在半导体行业工作时，接触的精度是微米级，就是头发直径1%粗细的公差。之后在硕士和博士阶段，就开始接触到超精密加工技术，我接触到了一个新的、更高的精度，即纳米精度，而纳米精度就只相当于一个DNA螺旋直径的粗细。”张志辉介绍道。

　　“失之毫厘，谬以千里”是形容超精密加工技术追求到纳米精度的极致性的最贴切表达。超精密加工技术是正是世界各国先进装备制造的关键性瓶颈技术，被誉为制造业“皇冠上的明珠”。

　　张志辉指出，过去产品设计往往局限于简单的形态，复杂度较低，因此制造相对容易。然而，自1996年起，产品设计领域迎来了性的变革，即从球面到非球面的转变。

　　“到了2000年，我们更是引入了自由曲面这一前沿技术。自由曲面技术允许我们运用多种复杂的表面形态，实现产品功能的多样化。”张志辉对记者表示。

　　然而这也带来了前所未有的挑战：随着产品复杂度的提升，加工技术的要求也水涨船高，在研究方法和新工艺上也出现了诸多难题，需要不断攻克技术难关，以满足日益增长的制造需求。

　　为此，实验室在香港科学园和深圳开设了分室。位于前者的实验室主力自主研发超精密加工设备、精密制造技术、先进光学和电子产品核心光学元件，负责推广相关技术的产业应用。位于香港理工大学深圳产学研基地的实验室主力承担内地项目，比如国家自然科学基金和深圳市基础研究项目，以加强与内地研究机构和企业的合作交流。

　　张志辉出身基层家庭，是一位土生土长的香港科学家。他坦言，当时选择科研这条路就是希望利用科技和知识创造财富，改变人生。他深谙技术转化为社会价值的重要性，坚信将先进技术融入日常生活与社会实践，可以赋予其极大的价值。

　　“对我们的日常生活来说，将这些技术带到社会里就很有价值，这就是为什么我在这个领域一直坚持了二十多年。”张志辉如此向记者讲述自己的科研初心。“在研究过程中我发现由此可以产生很多产品且能够赋予这些产品很多新功能，比如自清洗，即材料表面不留水，以及制造纳米精度的眼镜，将纳米环加入到眼镜中可以达到近视防控的效果。”

　　“近视”是儿童最常见的疾病之一，尤其发育中的青少年，近视加深，即眼球过度拉长。眼球拉长属无法逆转，若情况恶化会增加日后患上黄斑病变、视网膜脱落等并发症风险。香港中文大学的一项研究发现，香港六岁儿童近视率高达11.4%，香港也是全球近视患病率最高的地区之一。

　　2023年，张志辉的研发团队与一家香港本地的初创公司合作，将用于减缓儿童近视加深速度的“纳米多环离焦”近视防控镜片推向市场。该产品获得2023年瑞士日内瓦国际发明展最高殊荣“特别大奖”。

　　超精密加工技术在普通近视镜片中加入纳米离焦环，可以触发大脑发出信号，使眼球壁减少过度延伸，达到近视防控的效果。目前，该项技术应用已经约有2万名近视儿童和青少年受惠。

　　一直以来，香港高校以其扎实的基础科研成果著称，但研究成果商业化成效却差强人意。为了促进香港创科发展，香港特区政府推出多项措施促进产学研合作。2024至2025财政年度特区政府《财政预算案》更是提出了十大举措和超百亿港元支持香港科创发展。

　　张志辉指出，大学仅仅满足于完成基础研究是远远不够的，更为关键的是积极寻求与产业的深度合作。将科研成果推向市场并非一蹴而就的过程，其产业化并非大学单方面所能达成，而是需要整个产业链持份者的协同努力。除科研人员外，技术发展专家与商界精英亦不可或缺。同时，寻找具备商业洞察力、了解市场需求的专业人士也至关重要，他们将为科研成果的市场化提供有力支持。

　　“产业链各环节的合作至关重要。很多生物医学项目，比如我们加工的人工关节，如果没有将产业连接到医院或者供应商，那么即使产品本身性能优越，也无法投入市场。”张志辉说。

　　“香港很多投资者很想投资工业，但是工业和其他行业不同，在工业上一定要见到产品，确认确实可行，投资者才有可能投资。如果没有办法实现一条试产的生产线，那就很难吸引投资。” 张志辉强调。

　　张志辉认为，在研究与大规模生产之间，存在一个至关重要的试生产阶段。通过试生产过程中的深入研究，科研团队和企业能够及时发现并解决潜在问题，从而确保后续大规模投产的顺利进行。而香港具备得天独厚的条件，可在此率先开展过渡研究。一旦试产取得成功，这些技术便能迅速实现产业化，进而在内地实现更高效的大规模生产。

　　香港制造业有着悠久的历史，随着上世纪80年代制造业向广东和中国内地其他地区转移，制造业在香港经济中的地位趋于下降。香港想要重振其制造业，推进新型工业化是必由之路。

　　早在2015年，香港特区政府就提出“再工业化”（也称新型工业化）计划。香港特区政府在2023年施政报告中提出，香港将成立“新型工业发展办公室” ，推进新型工业化、支持重点企业在港发展、协助制造业利用创科升级转型、扶植初创企业。

　　张志辉认为，香港的再工业化进程并非简单地回归过去的人工生产模式，而是致力于实现自动化、信息化与智能化。在此过程中，香港凭借其独特的优势和地位，能够发挥至关重要的作用。

　　“香港是一个好地方，我们可以在香港进行设计、研发以及与外界的合作。同时，香港也可以吸引很多国际人才和国际公司投入资金进行发展。”张志辉表示。

　　《21世纪》：多年来，您一直从事工程领域及精密制造方面的研究。您从本科到博士都在香港理工大学就读。请问是什么驱使你这么多年来一直坚持在这个领域里深耕？

　　张志辉：我在本科阶段就对工程、新产品设计以及新技术比较感兴趣。在本科阶段，我开始接触高科技项目，例如利用计算机技术进行影像分析、机器设计等。我从中深受启发，有了很多新想法。毕业后，我的第一份工作是在一家半导体制造设备公司工作。在工作过程中，我发现，精密制造的设备有助于生产如半导体或者精密仪器等特殊产品。这也启发了我很多想法，思考将来如何在这个方面发展得更好。

　　我在半导体行业工作时，接触的精度是微米级。微米级是什么概念呢？就是头发直径1%粗细的公差。那时觉得已经很不错了。之后在硕士和博士阶段，就开始接触到超精密加工技术。那时，全香港只有香港理工大学有这样的设备和测量仪器。在那里，我接触到了一个新的、更高的精度，即纳米精度，而纳米精度就只相当于一个DNA螺旋直径的粗细。

　　在研究过程中我发现由此可以产生很多产品，且能够赋予这些产品很多新功能，比如自清洗，即材料表面不留水，以及制造纳米精度的眼镜，将纳米离焦环加入到眼镜中可以达到近视防控的效果。在这个研究过程中我发现很多赋予了新功能的产品能够得以开发。

　　对我们的日常生活来说，将这些技术带到社会里就很有价值。我也在这个过程中研究了很多制造设备，因为制造技术的提升可以生产出一些以前无法生产的产品。这就是为什么我在这个领域一直坚持了二十多年。

　　张志辉：其中最难的部分在于，以前的产品设计相对简单，形状比较简单且复杂程度较低。从1996年开始，从球面发展到非球面，用这些简单的曲面提升产品性能，已经可以将影像的变形降到相当低的程度。到了2000年，我们引入了一项新技术—超精密自由曲面加工。自由曲面会使用很多不同的复杂表面，实现很多功能。如此一来，复杂程度变高了，加工技术要求也就更高了。我们在研究方法和新工艺上遇到了很多需要解决的难题。

　　另外一个难题也是目前全世界正在面临的，即测量问题。一般来说，我们的产品不仅要能生产出来，还应该能被精确测量。如果无法测量，就不知道生产的产品是否令人满意。因此，在这个过程中，我们一直在追求更高的技术，这推动了很多研究课题的产生。

　　近年来，我们还引入了工业4.0中的智能制造。智能制造的概念是非常好的，他实现了自动化生产，提高了竞争力。

　　考虑到人工智能的结合，生产线上数据的收集分析以及工艺优化，有很多研究难题摆在我们面前。特别是在我们这个行业，精度要求比一般行业高。因此，在研究内容中，我们经常需要引入新概念与跨学科合作。比如在人工智能和智能制造上，我们需要与计算机科学领域的专家或者人工智能领域的专家合作。这种跨学科合作可以激发出很多新想法。以前的研究者主要关注单一领域的应用，现在则越来越追求跨学科合作。比如，最初，我们拥有制造方面的知识，但也需要与视光学领域的权威专家合作，因为他们知晓原理，这样的合作就可以实现跨学科的应用，使产品更贴近需求，也可以激发一些新的概念。

　　《21世纪》：您提到过，要通过产业化，即行业内的应用，才能看到一项技术真正的影响力。香港有很多世界一流的大学、科研机构和实验室。香港如何将这些科研成果不仅停留在理念上，真正实现产业化和商业化的转化呢？

　　张志辉：多年来，我们进行了很多的研究项目，这些项目有的成功，有的在某种程度上成功，有的则成功地进入了市场。

　　我的体会是，我们做了很多科学研究，在大学里将基础研究做得很好。但是做完基础研究，把理论和知识都准备好之后，下一步最重要的是寻求产业合作。

　　因为进入市场终究是一个过程，产业化不是大学单方面就能做到的，还需要产业链的建设。产业链建设中大学是前端，即上游的基础研究，而在转化过程中，要通过专利等商业模式，或者将技术转化为商业模式。这需要和行业内的企业合作推。