张婷:利用声学遥测技术“照亮”海洋 |“创新35人”中国榜单专栏

科学
张婷:利用声学遥测技术“照亮”海洋 |“创新35人”中国榜单专栏
麻省理工科技评论 2020-03-16

2020-03-16

张婷凭借其在声学遥测技术领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主
35岁以下科技创新35人 科学
张婷凭借其在声学遥测技术领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主

2019 年 12 月 14 日,《麻省理工科技评论》公布了 2019 年“35 岁以下科技创新 35 人”(Innovators Under 35 China)中国区榜单。在本届榜单上,虽然缺失了“创业家”的身影,但是我们看到了许多在具有产业化潜能的领域坚持科研使命的获奖人,也看到更多散布在海外顶尖学术机构的科学家们,用自身不改初心的坚持努力,取得了世界级标竿成就的科研成果,其中有超过半数以上的获奖者,都取得了世界级的突破性研究成果与发现。我们将陆续发出对 35 位获奖者的独家专访,介绍他们的科技创新成果与经验,以及他们对科技趋势的理解与判断。

关于 Innovators Under 35 China 榜单

自 1999 年起,《麻省理工科技评论》每年都会推出“35 岁以下科技创新 35 人”榜单,旨在于全球范围内评选出被认为最有才华、最具创新精神,以及最有可能改变世界的 35 位年轻技术创新者或企业家,共分为发明家、创业家、远见者、人文关怀者及先锋者五类。2017 年,该榜单正式推出中国区评选,遴选中国籍的青年科技创新者。新一届 2020 年度榜单正在征集提名与报名,截止时间 2020 年 6 月 30 日。详情请见文末。

张婷:利用声学遥测技术“照亮”海洋 |“创新35人”中国榜单专栏

张婷

发明家

张婷凭借其在声学遥测技术领域取得的一系列成果,荣膺 2019 年《麻省理工科技评论》“35 岁以下科技创新 35 人”中国区得主。

获奖时年龄:34 岁

获奖时职位:浙江大学讲师

获奖理由:她将声学遥测技术用来探秘大海,并创造了全新的技术应用思路。

在张婷看来,今天的成就离不开父母对她一贯支持和尊重,使她从小养成了独立学习、思考和计划的习惯,在她的科研道路上产生了深远的影响。

和很多人一样,张婷在选择本科专业时也有过迷茫,咨询过家人和朋友。但正因为有独立思考的习惯,她对自己的了解更为深刻,认为工科更适合自己,于是选择了北京邮电大学通信工程专业。

促使张婷走上科研之路的关键推动力有两个,第一个是她硕士期间参与的激光雷达系统的研制。这是一个软硬件结合的项目,她当时主要负责信号处理的算法实现,需要跟硬件和嵌入式系统两方面不断协调合作。

“我当时第一次体会到了从遇到问题,到思考钻研,再到解决问题的快乐,觉得科研和技术研发都很有意思,”张婷回忆道,“但我也发现科研的深度和广度还不够,所以萌生了读博深造的想法。”

赴法读博期间,她着重研究电磁波的传播和散射理论,探索逆散射问题在光学远场无标记超分辨显微成像技术中的应用。

2013 年,张婷首次发展了一种全极化数字远场层析显微镜(TDM),以其独特的样品三维定量重建的能力,可在无标记、无侵入、超分辨率下测量研究样品(如生物样品、纳米材料结构)的光学几何参数。

这项成果的创新意义在于不需要荧光标记细胞,不会破坏细胞的活性,而且可以做到结构成像,在生物医学成像和纳米材料无损检测领域拥有巨大应用潜力。

2016 年,张婷还以博士后研究员的身份进一步改良了 TDM 技术,成功将其分辨率提升至 1/10 波长,远超过衍射极限,极大地拓展了该技术的应用领域,在光学远场无标记成像领域意义重大。

“虽然法国基础科研能力很强,但总感觉没有找到一个特别适合自己发展的平台,有很多局限性,所以开始在国内寻找工作机会,想做一些信号处理相关的研究,”在外求学 7 年后,张婷逐渐感觉到回国更适合自己大展身手。

也许是命运的安排,在国内寻找工作机会时,她迎来了科研道路上的第二个转折点:浙江大学水声团队。他们围绕海洋探测和海底目标成像的科研项目,为张婷打开了一扇新的大门,未知而广袤的海洋深深地吸引了她,其中充满了亟待解决的难题和挑战,而且刚好与她先前积累的研究成果相关。

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图 | 张婷在颁奖典礼上做演讲(来源:DeepTech)

“她是海洋声学领域结合理论和实验的先驱者之一,对科学研究持有极大的热情,具备优秀的科研能力,”浙江大学 T.C. Yang 教授给予张婷高度评价。

加入团队后,张婷参与了两个国家级重大科研项目,研究工作主要集中在利用机会声源进行海洋环境观测和基于数据的水下目标定位与分类。

为了实现透明海洋,首先需要将海洋“照亮”,也就是了解海洋环境,探测海洋目标。张婷选择从船只、风成噪声等环境机会声源入手,利用它们广泛存在且环保的优势,开创性地将其与分布式传感网络架构相结合,重点研究从噪声环境中提取相干波前,分布式海洋环境参数估计和声源定位等问题。

此类研究项目在国内和国际上都处于前沿领域,丰富了海洋声学遥测理论与技术,为水声网络在实际海洋环境监测中的推广和应用打下了基础。

此外,张婷还在从事浅海沉底目标的定位、检测和分类研究。这是一个世界各国海军和商船都面临的棘手问题,尤其侧重于如何在保证信号分辨率的前提下扩大探测范围。

她通过海洋声学技术,提出使用拖曳阵列来研究浅海海底目标,实现散射特性重构,发明了高目标混响比的新定位方法。

针对目标分类和识别,她利用全息阵列处理技术,提取了单个目标的散射特征,并且提出了一种新颖的基于频域数据的去卷积方法,来消除目标散射函数上的信道畸变,攻克了声色技术出现频角图像失真的难题,为其在海洋中的应用提供了全新思路。

提到未来的发展,张婷表示自己将继续研究海洋探测相关理论和方法,在拓展已有成果的基础上探索新的方向。比如尝试多元信息融合,将声学手段和电磁波与光波结合起来。另一方面,她还打算尝试在生物医学成像领域应用自己开发的算法,提升超声影像或者核磁共振的成像效果。

身为一名海洋科技工作者,张婷深知海洋科技的重要性,“海洋是人类的‘第二疆土’,在这一领域我们与美国仍存在差距,而且也会有封锁、不让赴美参加会议之类的情况出现。希望未来结合国家发展的战略需求,尽自己所能做出更有影响力的成果。”

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