“王炸級”顛覆性技術(shù)——太赫茲

吳明

疫情期間，在上海地鐵2號線剛剛投入使用的一臺太赫茲安檢儀讓人眼前一亮。乘客接受安檢時，無需與任何人接觸，只需正常步行通過一個安檢通道，還可以同時完成“測溫”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要長，所以穿透能力強(qiáng)；在安全性方面也好于X射線。顯然，太赫茲是蘊含眾多獨特優(yōu)點的電磁頻段。

太赫茲技術(shù)的開發(fā)和利用，首先讓一個行業(yè)陡然一變，那就是安檢。長期以來，全世界的安檢其實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)場運行X射線人體掃描儀，但X光會對人體產(chǎn)生電離輻射導(dǎo)致健康危害，成像的清晰度也對人體隱私構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，由此引起了不小的爭議。隨后，用X光掃描人體被叫停。

從最近幾年歐美公共場所頻頻發(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)對愈來愈嚴(yán)峻的全球安全形勢。

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，即一個硬幣大小的物體都能被辨識。同時，太赫茲探測技術(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出其形狀與位置。

以被動式太赫茲安檢儀為例，太赫茲一大優(yōu)勢就是輻射小。

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

用輻射測量儀在被動式太赫茲安檢儀內(nèi)的黃色區(qū)域停留、旋轉(zhuǎn)，輻射測量儀的數(shù)值一直顯示為0?？梢哉f明，被動式太赫茲安檢沒有產(chǎn)生可以測量到的輻射，因為它利用的是人體自身發(fā)出的太赫茲波，而并不對人體進(jìn)行電磁波照射。

被動式太赫茲安檢儀的第二個優(yōu)勢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，而且可以檢測藏匿的炸藥、毒品等非金屬違禁品。

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

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

受制于太赫茲技術(shù)發(fā)展瓶頸，太赫茲安檢儀對違禁品的檢測尚停留在回答有沒有的階段，無法檢測出違禁品的物化性質(zhì)，但這種可能性正離我們越來越近。在未來，太赫茲安檢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、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，為一些癌癥的早期無痛檢測帶來了曙光。

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。連2019年轟動一時的人類歷史上首個黑洞照片都是用太赫茲波段的望遠(yuǎn)鏡觀測生成的。

應(yīng)該說，太赫茲技術(shù)其實就是一種超高級的感知能力，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100萬個連接/平方公里——在人口稠密的大城市，這個量級的連接數(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“太赫茲時代”來臨才行。

摘編自微信公眾號“瞭望智庫”