國(guó)外創(chuàng)業(yè)公司在超材料領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用有什么新的進(jìn)展？

超材料是具有人工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)并呈現(xiàn)出天然材料所不具備的超常物理性質(zhì)的人工復(fù)合結(jié)構(gòu)或復(fù)合材料。典型的超材料有：“左手材料”、光子晶體、“超磁性材料”等。

通俗地說，通過超材料技術(shù)，我們將能夠擺脫來自自然界原材料的束縛，按我們自己的需求進(jìn)行材料定制設(shè)計(jì)和制造。

直到2001年，超材料才成為一門獨(dú)立的學(xué)科。無疑，這是一項(xiàng)非常前沿，將改變材料科學(xué)及其各領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)。

超材料可以實(shí)現(xiàn)很多不可思議的用途，從軍事到工業(yè)，再到生活消費(fèi)等各個(gè)領(lǐng)域，超材料都將產(chǎn)生顛覆式的應(yīng)用。例如，早在2006年，英美兩國(guó)科學(xué)家就使用超材料實(shí)現(xiàn)了“隱身斗篷”的功能。

據(jù)Stratistics MRC預(yù)測(cè),到2022年，全球超材料市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到26.3億美元，2016-2022年間的復(fù)合增長(zhǎng)率為23.2%。

目前，眾多發(fā)達(dá)國(guó)家都在加大超材料技術(shù)的研發(fā)，美國(guó)國(guó)防部將其列為“六大顛覆性基礎(chǔ)研究領(lǐng)域”之一，2010年《科學(xué)》雜志將超材料列入本世紀(jì)前十年10項(xiàng)重要科學(xué)進(jìn)展之一。

中國(guó)也高度重視超材料技術(shù)的發(fā)展，曾在863計(jì)劃、973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、新材料重大專項(xiàng)等項(xiàng)目中對(duì)超材料研究予以立項(xiàng)支持。在2017年發(fā)布的《“十三五”材料領(lǐng)域科技創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》中，對(duì)超材料也進(jìn)行了重點(diǎn)規(guī)劃。

2017年9月初，科技部８６３計(jì)劃新材料技術(shù)領(lǐng)域辦公室對(duì)“超材料及其相關(guān)器件關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)”主題項(xiàng)目進(jìn)行了驗(yàn)收。這表明中國(guó)在超材料研究的理論水平和技術(shù)支撐水平方面也有了大幅度提升。

作為國(guó)內(nèi)超材料領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，深圳光啟公司在2009年已首次實(shí)現(xiàn)寬頻帶超材料隱身衣的設(shè)計(jì)與制備，在2012年建設(shè)了全球首條高精度超材料精試線。同時(shí)，公司在超材料領(lǐng)域的專利已占到全世界該領(lǐng)域過去10年申請(qǐng)總量的86%。

那么，作為一項(xiàng)不斷升溫的技術(shù)，目前國(guó)外創(chuàng)業(yè)公司在超材料領(lǐng)域的研發(fā)與應(yīng)用有什么新的進(jìn)展？

以下這9家公司正在研發(fā)超材料技術(shù)，推動(dòng)其在衛(wèi)星通訊、安全檢測(cè)、無線充電、聲波塑造、集成電路檢測(cè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，并獲得了眾多風(fēng)險(xiǎn)資本的關(guān)注，而前四家美國(guó)科技公司都獲得了比爾·蓋茨的投資。

1.衛(wèi)星通信平板天線制造商Kymeta

美國(guó)公司Kymeta成立于2012年，開發(fā)基于軟件和超材料的電子波束成型的下一代衛(wèi)星通信天線。

相比傳統(tǒng)材料，由于采用超材料，公司開發(fā)的mTenna天線更輕薄，功率更低，且價(jià)格更低，只需將天線安裝在交通工具上，便能通過衛(wèi)星搭建起寬帶網(wǎng)絡(luò)。

Kymeta mTenna天線采用類似液晶顯示器生產(chǎn)技術(shù)制造，操作簡(jiǎn)單，沒有任何活動(dòng)部件，該天線能夠自動(dòng)校準(zhǔn)，在行駛過程中調(diào)整對(duì)電磁波的接收。

今年3月，Kymeta KyWay衛(wèi)星終端已獲得Intelsat、Telesat、SES和HISPASAT等衛(wèi)星運(yùn)營(yíng)商的認(rèn)證，為汽車、火車、公共汽車、卡車、船只等交通工具提供移動(dòng)通信服務(wù)。

今年上半年，公司和微軟達(dá)成合作，開發(fā)能夠持續(xù)上網(wǎng)的多功能車輛，為警方、消防隊(duì)和救災(zāi)團(tuán)隊(duì)提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

公司成立初期，就獲得了比爾·蓋茨的投資。2017年4月，公司獲得Intelsat的7360萬美元投資，累計(jì)融資2.176億美元。

2.安全技術(shù)公司Evolv Technology

美國(guó)公司Evolv Technology成立于2013年，公司的超材料產(chǎn)品主要是面向下一代毫米波安全成像系統(tǒng)，公司開發(fā)的新型毫米波掃描儀比傳統(tǒng)掃描儀速度更快、價(jià)格更便宜。

公司基于機(jī)器視覺和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的安檢平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)槍支、刀具、爆炸物等危險(xiǎn)品進(jìn)行快速掃描，而行人在通過安檢門時(shí)，也無需停下或降低行走速度。

另外，安檢系統(tǒng)還會(huì)通過攝像頭對(duì)通過的行人進(jìn)行面部識(shí)別，并與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對(duì)比，以實(shí)時(shí)鑒別和發(fā)現(xiàn)可疑人物。

公司的超材料掃描技術(shù)還可用于醫(yī)學(xué)診斷，比B超、X光和MRI更快。在未來，該項(xiàng)技術(shù)還將有望用于車輛、墻體內(nèi)部缺陷的探測(cè)。

比爾·蓋茨也投資了該公司。2017年3月，公司完成1800萬美元B輪融資，累計(jì)融資2980萬美元。

3.小型雷達(dá)研發(fā)商Echodyne

美國(guó)公司Echodyne成立于2014年，主要開發(fā)基于超材料的小型雷達(dá)裝置。由于采用超材料，公司的雷達(dá)體積更小，強(qiáng)度更高，能耗也更低。

公司開發(fā)的智能手機(jī)大小的雷達(dá)系統(tǒng)可以追蹤距離最遠(yuǎn)2英里的小型賽斯納飛機(jī)，距離750米的無人機(jī)以及200米處的手掌大小的無人機(jī)。

除飛行物體外，雷達(dá)還可以同時(shí)探測(cè)地面物體，車輛距離為2英里，行人距離近1英里。目前公司產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用在美國(guó)國(guó)土安全部的巡邏無人機(jī)上。

公司也正在開發(fā)可用于汽車的雷達(dá)系統(tǒng)，以期取代當(dāng)前很多自動(dòng)駕駛原型車所使用的短距探測(cè)和測(cè)距防撞技術(shù)。

公司成立初期，也獲得了比爾·蓋茨的投資。2017年5月，完成New Enterprise Associates領(lǐng)投的2900萬美元B輪融資，累計(jì)融資4400萬美元。

4.通訊技術(shù)研發(fā)商Pivotal Commware

美國(guó)公司Pivotal Commware成立于2016年，公司開發(fā)了“全息波束成形（HBF）”技術(shù)。得益于超材料的應(yīng)用，基于軟件的控制系統(tǒng)可以移動(dòng)平板天線的焦點(diǎn)，而無需改變天線的方向。

公司的全息波束成形（HBF）使無線服務(wù)提供商能夠在給定的空間區(qū)域內(nèi)連續(xù)重復(fù)使用相同的頻譜帶，可讓用戶與船舶、飛機(jī)、火車和聯(lián)網(wǎng)汽車等移動(dòng)目標(biāo)的通信更加容易，并且比目前市場(chǎng)中常用的通訊解決方案要便宜50倍。

2017年6月，公司獲得了比爾·蓋茨的1700萬美元投資。

5.無線充電設(shè)備研發(fā)商Metaboards

英國(guó)公司Metaboards成立于2016年，致力于使用超材料打造更好的無線充電解決方案。

據(jù)介紹，該公司的無線充電技術(shù)具有更好的垂直穿透能力，可以同時(shí)在同一個(gè)平面上，為平板電腦、手機(jī)等多個(gè)電子設(shè)備充電，而無需多個(gè)電源。

2018年6月，公司獲得由Oxford Sciences Innovation領(lǐng)投的500萬美元A輪融資。

6.智能雷達(dá)公司Metawave

來自硅谷的Metawave成立于2017年。公司開發(fā)了一款人工智能和超材料相結(jié)合的雷達(dá)系統(tǒng)，主要面向自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

公司的主要產(chǎn)品為毫米波雷達(dá)WARLORD，其頻段在76-81GHz。WARLORD采用了自適應(yīng)超材料天線，能發(fā)射可操控的高度定向的電磁波束，以探測(cè)目標(biāo)物體的位置、速度，且不易受惡劣天氣以及環(huán)境的影響。

雷達(dá)內(nèi)置了公司自主研發(fā)的AI引擎，通過傳感器識(shí)別由物體微動(dòng)產(chǎn)生的多普勒特征，對(duì)汽車、行人、自行車、路人及遠(yuǎn)處物體進(jìn)行分類和追蹤，并分析潛在危險(xiǎn)。

2018年5月，公司獲得現(xiàn)代、豐田和Denso等公司的1000萬美元融資，已累計(jì)融資1700萬美元。

7. 智能材料和光電產(chǎn)品公司MTI

加拿大公司Metamaterial Technologies Inc.（簡(jiǎn)稱“MTI”）成立于2013年，主要從事智能材料和光子研究，特別是超材料、納米制作和計(jì)算電磁學(xué)。

MTI的超材料技術(shù)在醫(yī)療保健、航空航天、國(guó)防及能源市場(chǎng)都有很好的應(yīng)用。

公司開發(fā)的納米材料NanoWeb是一種透明的導(dǎo)電膜，由一個(gè)輕量化連續(xù)金屬絲網(wǎng)的納米結(jié)構(gòu)薄金屬層制成，傳導(dǎo)性和透光性能出色。據(jù)MTI表示，NanoWeb可以在任何玻璃或塑料表面制作，可使用銀、鋁、鉑、銅和鎳等多種金屬。

公司開發(fā)的光學(xué)濾波器metaAIR由納米聚合材料制成，可以與入射光相互作用，阻擋和偏轉(zhuǎn)入射光，可用在各種玻璃表面，提供激光眩光保護(hù)，有效保護(hù)飛機(jī)飛行員的視力。

MTI還與洛克希德·馬丁公司合作開發(fā)飛機(jī)“超太陽能”（metaSOLAR）產(chǎn)品，通過向航空航天與防務(wù)工業(yè)提供先進(jìn)的光伏技術(shù)進(jìn)入太陽能動(dòng)力市場(chǎng)。

2017年10月，公司獲得由Sustainable Development Technology Canada投資的540萬美元融資，累計(jì)融資1790萬美元。

8.聲學(xué)超材料公司Metasonics

英國(guó)公司Metasonics成立于2018年，是一家開發(fā)下一代可定制，可擴(kuò)展的聲學(xué)超材料的公司。

公司推出的基于超材料的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)聲波塑造技術(shù)，可以無縫地調(diào)整聲波的方向和功率，從而實(shí)現(xiàn)聲音控制，同時(shí)可以使定向音頻設(shè)備更小更靈活。

在今年美國(guó)舉辦的2018年國(guó)際消費(fèi)電子展上，公司首次公開展示了聲音“隱形窗”，可用于定向消除交通或建筑施工的各種噪音，也可以用于夜間戶外娛樂場(chǎng)所的噪音污染治理。

該公司的技術(shù)還有多種用途，如在汽車音響系統(tǒng)中，可以讓每位乘客收聽到不同的音樂；在商店中，可以針對(duì)每個(gè)顧客發(fā)送不同的商業(yè)促銷信息。

9.太赫茲技術(shù)開發(fā)商TeraView

英國(guó)創(chuàng)業(yè)公司TeraView成立于2001年，是世界上第一家致力于太赫茲光成像和光譜學(xué)應(yīng)用的公司。

公司的太赫茲技術(shù)主要面向研究型實(shí)驗(yàn)室和全球性的生產(chǎn)設(shè)施部門，可應(yīng)用于制藥、汽車、半導(dǎo)體封裝等領(lǐng)域，可大幅縮短檢測(cè)時(shí)間。

據(jù)稱，在IC封裝方面，使用傳統(tǒng)的區(qū)域檢測(cè)方法需要7-10天，而使用該公司的太赫茲技術(shù)1天以內(nèi)即可完成，同時(shí)能大幅降低因檢測(cè)對(duì)IC封裝造成的破壞。

公司的太赫茲技術(shù)還可用于武器及爆炸物的檢測(cè)、藥品質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、汽車及相關(guān)領(lǐng)域中涂層表面的檢測(cè)以及癌癥檢測(cè)的醫(yī)學(xué)成像等。

2015年10月，公司獲得三星投資的1000萬美元，累計(jì)融資1550萬美元。