教育纵深丨学科调整“芯”突破

现如今，智慧的车距离我们的生活越来越近。轮胎作为车辆唯一接触路面的部件，在智慧交通中扮演重要角色。在山东科技大学，有一支交叉学科组成的科研队伍，正尝试为轮胎装上“大脑”，借助传感器让轮胎像人类皮肤一样可以灵敏感受微小形变，实现高灵敏毫秒级和胎纹级的轮胎动力学参数测量。这一创新面临哪些挑战，又是如何一步步走进现实的？它将会给我们的生活带来哪些改变？

交叉学科获批

今年9月，国务院学位委员会发布《关于下达2024年度动态调整撤销和增设的学位授予点名单的通知》，其中，山东科技大学获批集成电路科学与工程硕士一级学科。该学科的获批，实现了学校交叉学科门类一级学科的突破，进一步优化了学校学科布局，为学校推进学科交叉融合、创新人才培养、更好地服务国家和区域经济社会发展需求提供了有力支撑。

集成电路是信息时代的“工业粮食”，小到手机、家电，大到超级计算机、卫星通信，都依赖于“芯片”。集成电路学科该如何破解“卡脖子”难题？交叉融合又怎样激发创新火花？

“现在数据很正常，1秒钟大约1.5个脉冲，刹车的数据也有，保持一下速度的稳定。”在山东科技大学，一场智能轮胎的测试正在紧张进行。山东科技大学电子信息工程学院院长陈达在车上紧盯着手上的电脑屏幕。

陈达表示，调整了传感器和整个的电路系统之后，整个测试系统比原来稳定得多。在之前，经过颠簸路段和侧倾路段后会有信号丢失、丢包的情况，从这次测试结果来看，这种情况已经很少发生。

聪明的轮胎如何打造

山东科技大学电子信息工程学院研发的用于轮胎健康监测的柔性形变传感系统，相当于给车安上聪明的轮胎，轮胎的数据能及时传输到电脑上，为保证轮胎健康提供数据支撑。

别看现在数据采集顺利，在项目研究之初，如何给柔软的轮胎安上数据采集器，就是个“老大难”。

据赛轮集团技术研发中心总经理助理姚冰介绍，目前市面上的智能轮胎，大多是对气压和温度进行常规监测，要想让轮胎更聪明、更智能，就需要基于力学信息测量它的应变。测量应变需要应变传感器，因为轮胎滚动过程中橡胶会发生柔性旋转，一般传感器在测量中容易破碎，而山东科技大学的柔性传感器技术刚好贴合轮胎这种柔性体。

山东科技大学电子信息工程学院长期致力于交叉学科建设，建立了一支结构合理、创新能力较强的学术队伍，聚集“集成电路设计与设计自动化”“集成电路制造工程”“集成纳电子科学”等学科方向，开设“集成电路+材料”“集成电路+人工智能”“集成电路+控制”等交叉课程模块，推动学科跨界创新。

其中，科研团队研发的基于碳纳米管的柔性可拉伸传感器就是融合创新的代表之一。这种传感器具有高稳定性和超灵敏特性，应用于智能手套等可穿戴设备，解决了传统硬质传感器的穿戴不适性和信号干扰问题。

看中山东科技大学在柔性可拉伸传感器领域的科研实力后，赛轮集团与山东科技大学电子信息工程学院科研团队进行了产学研合作。

山东科技大学电子信息工程学院集成电路系副主任刘一剑说：“柔性的形变传感器，一般采用对形变敏感的纳米材料。但这种非常敏感的材料，它的可靠性、稳定性会受到一定限制。而在长期多次的轮胎冲击过程中，纳米的结构会发生变化，可能会出现信号畸变、零线漂移等现象。”

如何让敏感的材料不娇弱？这个问题始终困扰着研发团队，直到一次“集成电路+材料”交叉课程的刻蚀实验，让他们“灵光一闪”。

山东科技大学电子信息工程学院研究生杜小鹏在做刻蚀实验时，突然想到：如果将柔性传感器与硅片一起刻蚀的话，对柔性传感器会有什么样的影响？

经过测试，杜小鹏发现，柔性传感器在可靠性方面有了很大的提升。后续经过多次实验，他发现，传感器经过100万次循环拉伸，信号依然没有明显衰减。

据刘一剑介绍，在对纳米材料进行表面刻蚀清洗的过程中，碳管和衬底与等离子体进行反应，在表面进行等离子体处理，经过处理的敏感导电网络，可以实现将纳米材料固定到衬底上，并且仍然具有灵敏性。

蜘蛛网带来的灵感

材料问题得以解决，传感器的耐用性得到提升，但反映轮胎形变的效果却并不理想。

检测轮胎形变的时候，有一个关键的问题：如何用一个形变网络大面积地传感各个地方的形变分布？正当研发人员百思不得其解时，在散步时看到的一张蜘蛛网激发了他们的灵感——蜘蛛网也有一个很大的面积，但是一只蜘蛛就可以来测整个面积的微小的形变。

“我们完全可以通过仿生技术把一个蜘蛛网形状的导电网络铺设在轮胎内部，进而有效感知轮胎内侧的形变分布。”提到这个“意外之喜”，刘一剑难掩兴奋。

有了仿生技术的灵感之后，科研团队人员凭借激光打印大型图形的技术优势，经过上千次实验，做出海量图形设计，最终从中选定4组共32个蛛网传感器的结构。经过实际测试发现，其灵敏性和可靠性都非常出色。

据山东科技大学电子信息工程学院教师宋戈介绍，把这4组传感器均匀地部署在轮胎内壁上，传感器的重量就能实现均匀分布。但这32路传感器接入采集板以1K赫兹的采集频率采集数据时，出现了新的挑战——这么多传感器、这么高的采集频率，所产生的大量数据势必影响传输速度。于是，研发人员通过在本地对数据减负，进行减负后再传输，实现在不影响轮胎动平衡的前提下可靠、稳定传输大量数据。

六边形战士

有了高速数据传输的加持，这套轮胎柔性传感系统对微形变的灵敏性达到与人类皮肤相当的水平，系统实现了高灵敏毫秒级和胎纹级的轮胎动力学参数测量，结合人工智能算法和大模型，能够对路面信息和轮胎的工作状况进行智能识别。

眼下，科研团队正在瞄准传感器与轮胎一体化方向发力，为产业化应用持续攻关。

据陈达介绍，这个项目最开始是国家重点研发的一个子课题，后来被列入“青岛市重点专项”，由企业牵头，学校负责传感器的部分，企业负责整个轮胎制造和生产的部分以及应用的部分。这套系统的稳定性、可靠性能够满足轮胎长时间转动时接受地面数十万次冲击的要求，是在灵敏性、线性度、可靠性、稳定性、快速性和智能化方面表现突出的“六边形战士”。

这样一个成果是通过材料、机械 、电子计算机等多个学科的交叉来完成的，学科交叉为解决产业中的真问题提供了真方法。经过3年2000多次的实践，实现了以少感多、以软补硬、以算补衰的效果。

企业对这一科研成果的应用前景也充满信心，据赛轮集团技术研发中心总经理助理姚冰介绍，在大型矿山上的很多车都是无人驾驶的，长时间运转过程中轮胎会生热，导致轮胎疲劳、损坏、失效，甚至出现爆胎等各种各样的情况，这个时候智能轮胎如果能够提前预警，比如在达到一定温度后，提醒司机和车队需要休息几个小时，能延长轮胎使用寿命。

电子传感器让智慧的轮胎成为可能，这只是山东科技大学电子信息工程学院交叉学科广阔应用前景的冰山一角。

以赛促学长本事

为了打造具有行业特色的集成电路学科人才培养基地，学院还特别注重发展个性化、多元化交叉人才培养模式。这几天，山东科技大学电子信息工程学院研究生刘子旋正在实验室里跟团队一起优化算法和硬件设计，打算“以老带新”帮助团队冲击接下来的比赛——他们团队去年刚刚斩获全国大学生集成电路创新创业大赛二等奖。

谈及这次获奖经历，刘子旋印象十分深刻：“以前我们都是只写代码或者只做硬件，而这次是理论、实践相结合。无论是算法、软件撰写，还是到最后整个系统集成到硬件，全都由我们团队自己执行，我感觉这种经验还是非常宝贵的。”

为以赛促学，学院打造了24小时不打烊的创新实验室，除了免费提供赛事需要的硬件设备，还为每位学生配备专业导师，提供一对一指导。学院学生在科技创新竞赛方面取得显著成绩，近五年来累计获奖2645项，其中国家级奖项387项、省级奖项2258项。

山东科技大学电子信息工程学院集成电路系主任王立华说：“通过比赛促进学生们的专业学习，通过赛前训练提高他们的专业能力，能够全面地提高他们的实践能力，对学生将来就业以及读研是非常有帮助的。我们有好多这样的学生，特别是在全国电子设计竞赛获国奖的同学，毕业以后进入华为、腾讯等一线大厂，能力得到认可。”

人才培养贴合产业需求

除了在科技创新竞赛中磨练本领，学校还深入产业用人需求，与驻青企业打造海信班、芯恩班、歌尔班等企业特色班，让学生在生产研发一线学得真本事。

海信集团显示事业部招聘专员董妍君表示：“今年是海信班运营的第四年，每年我们会在机电学院等9个学院遴选优秀同学组建海信班，人数为30到40人，进行为期一年的培养。通过校企合作、展厅参观、课题教研、企业走进学校等活动，来帮助同学更好地提高职场竞争力。”

通过研究生联合培养、企业虚拟班、课程体系优化和实验室共建、认证培训等形式，学校与海信集团、芯恩半导体、歌尔微电子、阿里平头哥、龙芯中科等头部企业进行深度合作，通过“集成电路通识教育”为区域集成电路产业链的大量岗位培养多学科交叉人才，助力规模企业实现人才本地化，目前已为青岛市培养集成电路产业急需的集成电路人才200余名。

发挥高校新工科专业优势

为充分发挥高校新工科专业优势，11月14日，山东科技大学牵头成立山东省高校新工科服务山东产业发展联盟。山东科技大学副校长薛庆忠表示，接下来，学校聚焦集成电路、人工智能量子科技、高端装备、新能源新材料等关键领域，构建“政产学研用一体化”协同创新机制，为服务国家重大战略与山东“十强产业”需求提供坚实的科技和人才支撑。

近年来，山东科技大学坚持以国家战略和社会需求为牵引，优化调整学科布局，大力推进学科交叉和交叉学科建设，培养了大批社会急需的复合型人才。山东科技大学的实践启示我们，教育、科技、人才已经成为支撑引领高质量发展的关键要素。高校作为教育、科技、人才发展的重要交汇点，要深刻把握三者内在一致、相互支撑的逻辑关系，坚持把教育作为科技创新、人才培养的先导性支撑，把科技作为教育变革、人才成长的重要牵引，把人才作为科技进步、教育发展的关键力量，为强国建设、民族复兴伟业作出新的更大贡献。