徐芳芳

顧昌展2019年6月在波士頓參加IEEE IMS會議

不用觸摸，揮揮手就可以操控手機(jī)、智能手表；在進(jìn)行癌癥的放射性治療時(shí)，無須再承受放射線帶來的身體副作用；對橋梁、高樓大廈等實(shí)施“健康監(jiān)測”，根據(jù)其振動情況提前預(yù)知坍塌事故的發(fā)生……或許你會覺得這些都是天方夜譚，但如今，這些“不可能的事”已經(jīng)變成了現(xiàn)實(shí)。而這些“奇跡”的實(shí)現(xiàn)得益于無線感知技術(shù)。上海交通大學(xué)長聘教軌副教授、博士生導(dǎo)師顧昌展正是無線感知探索者中的一員。10年無線感知科學(xué)探索，他品嘗過成功背后的艱辛與困苦，也越發(fā)篤定自己的選擇。

毅然回國，投身祖國科研事業(yè)

2006年，顧昌展在浙江大學(xué)信息與電子工程系讀完了本科。兩年后，在母校獲得碩士學(xué)位的顧昌展仍覺得自己對電子工程領(lǐng)域的知識學(xué)習(xí)得還不夠深入，于是萌生了出國留學(xué)的念頭?！爱?dāng)時(shí)一名在美國工作的親屬建議我去那里深造，繼續(xù)學(xué)習(xí)電子工程專業(yè)?！鳖櫜拐f，“只是沒想到這一去就是11年”。2010年，顧昌展在美國佛羅里達(dá)大學(xué)全額獎學(xué)金Alumni Graduate Fellowship資助下獲得該校電子與計(jì)算機(jī)工程碩士學(xué)位。2013年，他又攻下了美國德克薩斯理工大學(xué)電子工程的博士學(xué)位。

博士畢業(yè)后，顧昌展留在了美國。他先是在芯片公司Marvell硅谷總部從事無線連接芯片的研發(fā)。2015年，他開始為谷歌美國硅谷總部工作，參與了毫米波手勢雷達(dá)技術(shù)的研究，及在Google Pixel4手機(jī)等產(chǎn)品中的應(yīng)用。手勢雷達(dá)項(xiàng)目孵化于谷歌先進(jìn)技術(shù)與項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室（G o o g l e ATAP），該實(shí)驗(yàn)室專注移動端的顛覆式創(chuàng)新。顧昌展介紹，谷歌對于實(shí)驗(yàn)室的研發(fā)工作進(jìn)行了全方位的支持，不僅提供了自由開放的工作氛圍，而且在經(jīng)費(fèi)方面十分慷慨大方。當(dāng)時(shí)，他一入職就向公司申請到了數(shù)百萬美元的科研資助用于射頻測試平臺的建設(shè)。

子曰：“知之者不如好之者，好之者不如樂之者?！鳖櫜鼓芤恢眻?jiān)守在電子工程領(lǐng)域，“興趣”發(fā)揮了很大的作用。“從小我就比較喜歡動手，如拆了玩具重新組裝，研究收音機(jī)里的信號是從哪兒來的。那種攻堅(jiān)破難的成就感常常會讓我興奮不已?！闭沁@種快樂學(xué)習(xí)的精神，促使著顧昌展在所學(xué)專業(yè)里一步步成長，并獲得一系列矚目的成就和榮譽(yù)。

顧昌展目前共發(fā)表了70余篇國際學(xué)術(shù)期刊和會議論文（其中第一/通訊作者論文30多篇），已授權(quán)6項(xiàng)美國發(fā)明專利，并申請了多項(xiàng)中國發(fā)明專利。以第一作者出版了1本英文專著。他先后7次獲得IEEE會議最佳/優(yōu)秀論文獎，其中連續(xù)3年第一作者論文獲得IEEE射頻無線周RWW主力會議之一BioWireleSS（現(xiàn)IMBioC）最佳/優(yōu)秀論文獎。2013年，顧昌展榮獲IEEE微波理論與技術(shù)學(xué)會(M T T-S)博士生獎（全球13人）。2019年，顧昌展獲得了由IEEE傳感學(xué)會頒發(fā)的早期職業(yè)技術(shù)成就獎（全球僅2人），以表彰其在近距微波感知生物醫(yī)學(xué)和人機(jī)交互方面的突出研究，這是國內(nèi)學(xué)者第一次獲得該獎項(xiàng)。同年，他還獲得日本大川情報(bào)通信基金研究助成獎（中國5人）。

2019年，在美國干得有聲有色的顧昌展卻選擇了回國發(fā)展。他辭去了谷歌公司硅谷總部的職務(wù)，轉(zhuǎn)而回到祖國，在上海交通大學(xué)任職?！敖陙?，我國發(fā)展迅速。國內(nèi)的科技氛圍、條件也都越來越好。選擇這個時(shí)間回國，我希望能最大化地發(fā)揮我的所長，親身參與中華民族的偉大復(fù)興，為之貢獻(xiàn)一份自己的力量?！?/p>

報(bào)效祖國，責(zé)無旁貸。顧昌展回國的決定，得到了全家人的支持。特別是妻子，成了他的堅(jiān)強(qiáng)后盾?！拔业钠拮雍臀乙粯?，都是浙大畢業(yè)的。她出國留學(xué)的時(shí)間比我還早，畢業(yè)后一直在硅谷工作?；貒?，我的待遇雖然只有原先的七分之一，但是妻子非常理解和支持我。無論在工作還是生活上，我們都可以深入探討和交流。可以說，我們既是朋友，也是伴侶，還是在人生道路上一起打怪升級、并肩作戰(zhàn)的隊(duì)友?！币舱且?yàn)橛辛思胰说闹С?，顧昌展開始在國內(nèi)發(fā)展自己的科研事業(yè)。

接受日本大川基金會會長五十嵐三津雄（左1）的頒獎（2019年10月于日本東京）

強(qiáng)調(diào)實(shí)踐，推動科技成果與實(shí)際應(yīng)用融合

顧昌展近10年來一直致力于微波毫米波雷達(dá)近距無線感知技術(shù)的研究。所謂無線感知，是指通過電磁波、光波、聲波等普適的無線信號，對人和環(huán)境進(jìn)行非接觸式感知的技術(shù)。這一技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、健康醫(yī)療和國防等國家戰(zhàn)略發(fā)展和重要民生領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。微波是波長較短的電磁波，速度等于光速。微波技術(shù)在生活中的應(yīng)用范圍很廣，如當(dāng)微波遇到車輛時(shí)，就會被立即反射回來，再被雷達(dá)測速計(jì)接收。這樣一來一回，不過幾十萬分之一秒的時(shí)間，數(shù)碼管上就會顯示出所測車輛的車速。毫米波則是頻率更高、波長更短（1mm～10mm）的電磁波。毫米波雷達(dá)就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達(dá)，原理跟一般雷達(dá)類似，也就是把無線電波發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時(shí)間差和多普勒效應(yīng)測得目標(biāo)的特征信息。

“新型微波毫米波雷達(dá)具有探測性能穩(wěn)定、精度高、環(huán)境適用性好等特點(diǎn)，成為提升無線感知能力的重要發(fā)展方向之一?！鳖櫜菇忉尩?，“然而，面向物聯(lián)網(wǎng)、智能設(shè)備等新應(yīng)用場景的無線感知目標(biāo)鄰近觀測雷達(dá)，多是小于10米的近距離電磁散射體，構(gòu)建相應(yīng)的微波毫米波無線感知系統(tǒng)面臨著一系列亟待解決的關(guān)鍵科學(xué)問題?！?/p>

為此，顧昌展從復(fù)雜目標(biāo)運(yùn)動感知機(jī)理、同時(shí)同頻全雙工關(guān)鍵技術(shù)和抗干擾魯棒感知系統(tǒng)構(gòu)建機(jī)制3個方面著手，對微波毫米波雷達(dá)近距無線感知技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性研究，提出了近距目標(biāo)多點(diǎn)散射射線追蹤模型、非線性相位調(diào)制諧波理論、高線性度相位解調(diào)算法、正交數(shù)字中頻、射頻-基帶融合對消等多種理論和方法，實(shí)現(xiàn)了突破性的科研探索發(fā)現(xiàn)。

在微波毫米波雷達(dá)近距無線感知技術(shù)研究中，顧昌展同時(shí)兼顧其理論研究和應(yīng)用價(jià)值。他認(rèn)為，只有把科學(xué)知識運(yùn)用在實(shí)際生活中，才能讓其煥發(fā)出強(qiáng)大的生命力。顧昌展坦言：“我希望自己的研究不只是成為一篇篇論文刊登在學(xué)術(shù)期刊上，而是融入人們的生活中，給大家?guī)韺?shí)實(shí)在在的好處，希望能做到科學(xué)性和應(yīng)用性的結(jié)合。就像牛奶很容易變質(zhì)、不易儲存。在很久之前，牛奶只能在小范圍內(nèi)運(yùn)輸，能喝到的人很少。而當(dāng)巴氏滅菌法發(fā)明后，牛奶更容易存儲了，保質(zhì)期也變長了，人們很輕松地就可以在超市里購買到。巴氏殺菌就是兼顧科學(xué)性和應(yīng)用性的研究成果?！被趯?shí)踐應(yīng)用的科研信念及前述的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，顧昌展開拓了非接觸手勢交互、無感呼吸門控放療、建筑物健康監(jiān)測等創(chuàng)新應(yīng)用，并在一定范圍內(nèi)普及開來。

非接觸手勢交互，就是指不直接接觸物體，利用手勢變化隔空操控物體。在谷歌就職期間，顧昌展就將非接觸手勢交互技術(shù)應(yīng)用在智能手表、手機(jī)等設(shè)備中。作為谷歌毫米波手勢雷達(dá)研究團(tuán)隊(duì)射頻系統(tǒng)的創(chuàng)始成員，顧昌展與德國英飛凌公司合作實(shí)現(xiàn)了包括封裝天線在內(nèi)的全集成60GHz毫米波手勢雷達(dá)芯片?；谠撔酒O(shè)計(jì)了首個集成隔空手勢交互的智能手表原型，在2016 Google I/O成功演示。作為DRI (直接責(zé)任人)，設(shè)計(jì)了多個型號的手勢雷達(dá)模組，應(yīng)用到Pixel4手機(jī)等消費(fèi)硬件產(chǎn)品中。Google Pixel4是世界上首個集成毫米波雷達(dá)隔空手勢操控的消費(fèi)級產(chǎn)品。

無線感知的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，不僅局限于電子信息領(lǐng)域，其與醫(yī)學(xué)的結(jié)合就是顧昌展做出的一次跨界嘗試。

根據(jù)中國國家癌癥中心報(bào)告，肺癌在我國居惡性腫瘤發(fā)病第一位。放射療法是治療肺癌的主要途徑之一，肺癌放療的一個挑戰(zhàn)性難題是位于胸腔的腫瘤會隨著病人的呼吸而運(yùn)動。針對移動腫瘤，臨床上一般采用寬放射線覆蓋整個移動區(qū)間，但也同時(shí)覆蓋了腫瘤周圍健康的組織而造成傷害，具有明顯的副作用。

基于雷達(dá)感知原理，顧昌展提出了無感呼吸門控放療技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對呼吸運(yùn)動的無線精準(zhǔn)追蹤，確保了精準(zhǔn)放療，解決了由于呼吸運(yùn)動使肺部腫瘤產(chǎn)生位移而導(dǎo)致的肺癌放療不確定性。他還與數(shù)位醫(yī)學(xué)專家合作開展了多次模擬醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)腫瘤追蹤絕對誤差小于0.12m m，表明該技術(shù)能顯著提高放療有效性并降低副作用。

跨界的嘗試不斷，顧昌展的科研成果還應(yīng)用在了工程建筑領(lǐng)域。我國是基礎(chǔ)設(shè)施大國，對橋梁和大型建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施健康監(jiān)測，對于保證其正常運(yùn)營、預(yù)防因結(jié)構(gòu)災(zāi)害而造成重大公共安全事故的發(fā)生具有重大意義。而加速度計(jì)、線性可變差動變壓器等傳統(tǒng)的傳感器普遍需要跟建筑物的表面進(jìn)行接觸，存在布置不便、數(shù)據(jù)傳輸和組網(wǎng)困難等缺點(diǎn)。顧昌展根據(jù)自己的研究所得，提出了雷達(dá)無線感知建筑物健康監(jiān)測技術(shù)。他通過設(shè)計(jì)多普勒雷達(dá)微型測振傳感器，實(shí)現(xiàn)了對橋梁等建筑亞毫米級振動的無線非接觸監(jiān)測。與現(xiàn)有監(jiān)測方案相比，這一方案具有非接觸、高精度、易組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

在谷歌公司硅谷總部（2019年2月）

角色轉(zhuǎn)變，盡心培養(yǎng)電子科技人才

“對坐軒窗讀書樂，怎忍花前不醉歸”。再次回到校園，顧昌展由一名勤學(xué)苦讀的學(xué)子變成了一位教書育人的老師?！敖逃ぷ鞲抑霸诿绹韫鹊墓ぷ鬟€不太一樣?，F(xiàn)在除了盡心做好科學(xué)研究，我還要努力培養(yǎng)學(xué)生，幫助他們提高專業(yè)能力！”

顧昌展是這么說的，也是這么做的。盡管科研任務(wù)繁重，但他還是盡量抽出時(shí)間參與學(xué)生培養(yǎng)的每一個環(huán)節(jié)。在進(jìn)行課題研究時(shí)，不論是課題選題，還是中期匯報(bào)，亦或是畢業(yè)答辯，顧昌展都對學(xué)生進(jìn)行了悉心指導(dǎo)，對每篇報(bào)告和論文都進(jìn)行了仔細(xì)地修改和完善。在回國的第一年，由他指導(dǎo)的博士一年級學(xué)生的研究論文即入圍了原定于2020年6月在美國洛杉磯召開的微波領(lǐng)域國際頂級會議IEEE IMS學(xué)生優(yōu)秀論文競賽決賽（由于疫情影響改為線上會議）。

此外，他還特別注意培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。顧昌展指導(dǎo)的學(xué)生研究的課題大部分都是與電子工程實(shí)踐相關(guān)，涉及電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試等都由學(xué)生自己動手完成。學(xué)生不僅參與硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，還需要完成信息處理算法開發(fā)，以及演示系統(tǒng)搭建。2019年10月，上汽·未來汽車創(chuàng)想邀請賽總決賽成功舉辦。由顧昌展指導(dǎo)的6位學(xué)生組成的“交大微波智能戰(zhàn)隊(duì)”以“基于微波融合感知的車內(nèi)無感監(jiān)測與交互”獲“車內(nèi)場景識別解決方案”賽題冠軍即總決賽一等獎?；谖⒉ㄈ诤细兄夹g(shù)，他們不僅實(shí)現(xiàn)了對車內(nèi)人員的位置、動作的追蹤，還可以在不需穿戴任何額外設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)對呼吸、心率等人體生物指標(biāo)的監(jiān)測。

“惟學(xué)無際，際于天地。習(xí)坎示教，始見經(jīng)綸?！鳖櫜购芟矚g浙大校歌里的這兩句話。前一句論科研，后一句論教育。雖然在科學(xué)研究和教學(xué)領(lǐng)域都取得了不俗的成績，但他始終保持著好學(xué)、謙虛、樸素的作風(fēng)，對待學(xué)術(shù)問題求真務(wù)實(shí)、勇于創(chuàng)新；對待身邊的人以誠相待、和善質(zhì)樸，受到學(xué)生的深深愛戴。

“我希望在未來的三五年內(nèi)，在電子領(lǐng)域內(nèi)有所突破，同時(shí)能將自己的科研成果與實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來，給人們的生活帶來方便，這樣我的工作才算是有意義的！”顧昌展說。