1月5日下午,走訪了著名的湖北省激光行業(yè)協(xié)會,請教孫文會長一些問題。激光產(chǎn)業(yè)鏈,上下游;跨行業(yè)解決方案,企業(yè)新機遇,商會內(nèi)外,零會費模式,上市服務(wù)專班;工業(yè)互聯(lián)網(wǎng),傳感器,科大訊飛;建立激光共享加工中心,阿里中央廚房;大棚激光照明系統(tǒng),激光除草機……
激光起始于1917年愛因斯坦提出“受激發(fā)射”理論,即一個光子使得受激原子發(fā)出一個相同的光子。
之后的40年時間激光技術(shù)在理論上逐步走向成熟;1960年美國加州Hughes實驗室的TheodoreMaiman實現(xiàn)了第一束激光,第一臺紅寶石激光器誕生,之后各類激光器層出不窮,行業(yè)進入應(yīng)用拓展階段;20世紀后,激光行業(yè)進入快速發(fā)展階段。
激光是指通過人工方式,用光或放電等強能量激發(fā)特定的物質(zhì)而產(chǎn)生的光。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級時,釋放的能量以光子形式放出,產(chǎn)生準直、單色、相干的定向光束。
激光是指原子受激輻射的光,故名“激光”。原子中的電子吸收能量后從低能級躍遷到高能級,再從高能級回落到低能級的時候,所釋放的能量以光子的形式放出。被引誘(激發(fā))出來的光子束(激光),其中的光子光學特性高度一致。
因此激光相比普通光源具有單色性、相干性、高亮度及高方向性。激光應(yīng)用廣泛,包括激光打標、激光焊接、激光切割、光纖通信、激光測距、激光雷達、激光武器、激光唱片、激光矯視、激光美容、激光掃描、激光滅蚊器、LIF無損檢測技術(shù)等。激光系統(tǒng)可分為連續(xù)波激光器和脈沖激光器。
激光工作應(yīng)用場景廣泛,具體有材料加工、電子信息、航天航空、通訊、美容、軍事武器等方面。其工作方式包括激光切割、激光修復(fù)、激光剝離、激光切邊外還有激光焊接、激光顯示、激光穿孔等。
激光技術(shù)改變了低效率、低附加值、低技術(shù)含量的傳統(tǒng)加工生產(chǎn)模式,目前在電子制造以及金屬精密加工等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用,激光加工的應(yīng)用主要包括激光切割、激光焊接和激光打標等領(lǐng)域。
高端產(chǎn)業(yè)離不開高水平高校。華科是激光研究中心。
激光加工國家工程研究中心是1995年經(jīng)國家計委批復(fù)建設(shè)的首批國家工程研究中心,依托華中科技大學,1997年轉(zhuǎn)制成立武漢華工激光工程有限責任公司,2003年通過國家發(fā)改委驗收。
中心面向國家重大戰(zhàn)略需求,立足高端激光加工裝備產(chǎn)業(yè),把握激光加工技術(shù)向極限物理條件、精準能量施加和多場復(fù)合、多學科交叉演進的發(fā)展趨勢,使激光加工成為新一輪工業(yè)革命的核心技術(shù),發(fā)揮激光無堅不摧神奇“光刀”對加工的顛覆性作用,以解決航空航天、軌道交通、電子制造、高端芯片、新能源、新材料、醫(yī)療儀器等領(lǐng)域激光加工高端裝備“卡脖子”問題為目標,突破高功率激光器、激光加工工藝、激光加工裝備核心器件、激光加工裝備系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù),形成激光加工技術(shù)、核心部件與激光系統(tǒng)的自主創(chuàng)新能力、工程樣機集成驗證能力和先進裝備自主供給能力,打造一流的激光加工技術(shù)與高端裝備的研發(fā)基地、推廣平臺和服務(wù)中心。在集成電路、數(shù)控機床、大飛機、探月、點火、核電、高超飛行器等國家重大工程中得到應(yīng)用,實現(xiàn)中國激光加工從輔助制造技術(shù)到主流制造技術(shù)的根本轉(zhuǎn)變,搶占全球技術(shù)制高點。
中心根據(jù)自身特點,圍繞市場需求,進行資源優(yōu)化,形成了“一個中心,三個基地”的運行模式。一個中心即激光加工國家工程研究中心,三個基地分別為研發(fā)基地(5個研究所)、產(chǎn)業(yè)基地(“華工激光”及其孵化參股的12家激光公司)和成果推廣和應(yīng)用基地(全國7個分中心)。實現(xiàn)了產(chǎn)學研互為支撐、無縫對接的良性循環(huán)。中心內(nèi)部實現(xiàn)了單元器件、激光器、激光加工裝備全產(chǎn)業(yè)鏈貫通,國外“卡脖子”技術(shù)越來越少,自主可控技術(shù)越來越多。中心的銷售額從成立之初的1998年不到1千萬元,到2022年超過45億元。
激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導(dǎo)體之后,人類的又一重大發(fā)明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。根據(jù)2021年中國激光元器件、激光器、激光加工設(shè)備市場規(guī)模,前瞻初步核算2021年中國激光產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模為2055億元,同比增加17.6%。
2022年為投資規(guī)模最高的年份,達6億元。2021年投融資規(guī)模達3億元,投資事件共8件。2022年1-10月,投融資規(guī)模達6億元,事件達9件,相比2021年投資熱度有所上升。
我是外行,但是這幾年有兩件事影響了我,激光照明、激光除草機。見到激光協(xié)會孫文先生,把這些問題予以和盤托出。
新加坡7%的農(nóng)作物生產(chǎn)于本國,離不開城市樓群里的垂直果蔬農(nóng)場。很多的農(nóng)產(chǎn)品生長在樓房和樓房之間的空地甚至是停車場,位于新加坡中央商務(wù)區(qū)的CapitaSpring,大樓總共51層,總高度為280米,大樓的中部17層-20層是公眾開放的植物長廊,這里種植著70多種植物,光是高度在4-10米的大樹就有160多棵,這里還有一個新加坡高度最高的城市農(nóng)場。
“垂直農(nóng)場”現(xiàn)實了空間和資源的充分利用,相比較傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)最明顯的優(yōu)勢在于節(jié)約水資源、減少了病蟲災(zāi)害和自然災(zāi)害的幾率,不到1%的土地,1%的水,施合理的肥,不噴灑任何農(nóng)藥,就能種出最新鮮、最美味的農(nóng)產(chǎn)品,新加坡將農(nóng)場溶于城市的高樓大廈里。
新加坡的這家城市農(nóng)場,采用了獨特的垂直立體栽培,是一個可旋轉(zhuǎn)的立體化蔬菜工廠,產(chǎn)能達到了傳統(tǒng)蔬菜種植的數(shù)十倍,每一個架子高度為9米,寬度為3米,立體架的跨度為1.7米,一橫排的種植架可以種植48顆蔬菜,一個立體架橫著40個單元的種植架子,一個單元的立體架能夠種菜1920顆,一個單體架子占地僅有5.1平米,15-20天收割一次蔬菜,一年能夠?qū)崿F(xiàn)20地輪種,5.1平米種出了38400顆蔬菜。
這里的垂直農(nóng)場主要產(chǎn)生小白菜、奶白、菜心、芥藍、菠菜等,為了讓每顆蔬菜都享受到充足的陽光,每層的種植槽會圍繞著鋁合金支架旋轉(zhuǎn),每8個小時旋轉(zhuǎn)一周,每層架子不斷的旋轉(zhuǎn)下,最頂端的蔬菜曬到日光,溫度較高,旋轉(zhuǎn)到底部時溫度較低,溫度的差異讓蔬菜更美味,旋轉(zhuǎn)的種植槽并不是靠電力來驅(qū)動,而是依靠水重力系統(tǒng)來實現(xiàn)的,系統(tǒng)收集的雨水,為旋轉(zhuǎn)提供動力后,經(jīng)過濾,會進入灌溉系統(tǒng),這一套系統(tǒng)的能耗僅僅只有一個60瓦的燈泡。
新加坡的垂直農(nóng)場完美地繞開了無LED照明輔助,如果采用人工LED 照明無疑意味著電力成本的增加,農(nóng)作物一旦種植成本不具有經(jīng)濟性,就會很難與傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)競爭,而隨著新一代激光光照的出現(xiàn),亮度達到了LED的兩倍,光電轉(zhuǎn)換效率高,在一畝地的溫室大棚,一個月耗三度電。
生菜口感爽脆深受人們的喜愛,它是一種低熱量高營養(yǎng)的蔬菜,從當前市場行情來看,一畝的生菜利潤大概保持在6000元上下,一般種植90天就可收獲并售賣。
把水培種植做到極致要數(shù)日本,一個占地4400平米的蔬菜工廠,高端蔬菜流水線1天生產(chǎn)3萬棵,采用循環(huán)水種菜,生菜生長只需1%的水,所需養(yǎng)分也只占到四分之一,相比較之前的生菜工廠成本降低了30%。
日本的旋轉(zhuǎn)水培生菜農(nóng)場從外形采用了一種圓形穹頂式的結(jié)構(gòu),內(nèi)部安裝了水培種菜系統(tǒng)、智能旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)、智能采光系統(tǒng)、空氣循環(huán)系統(tǒng)、營養(yǎng)液供給系統(tǒng)、育苗培育系統(tǒng)等,生菜農(nóng)場中心位置的圓形水培種植系統(tǒng)大約有30米寬,工作人員在中心位置種植蔬菜,系統(tǒng)自動化旋轉(zhuǎn),每天旋轉(zhuǎn)一個小時,它會將種植的蔬菜由內(nèi)到外推出,農(nóng)民們每天都會播種生菜的菜苗,經(jīng)過30天后,種植的生菜就會自動化地旋轉(zhuǎn)到外部邊緣,工作人員只需推著小車收割生菜。
日本旋轉(zhuǎn)的水培生菜農(nóng)場就是一個旋轉(zhuǎn)的大圓盤,智能化的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為整個大圓盤提供旋轉(zhuǎn)動力,配合水肥系統(tǒng)將營養(yǎng)液源源不斷地輸送給每棵蔬菜的根系,蔬菜的生長離不開光照,智能化的采光系統(tǒng)和空氣循環(huán)系統(tǒng)會根據(jù)蔬菜的大數(shù)據(jù),自動調(diào)節(jié)圓形穹頂?shù)墓庹諒姸群屯L時間,為了解決光照不足,這里還安裝了特制的激光植物生長燈,相比較傳統(tǒng)的照明技術(shù),激光植物補光燈光效率高,能耗小,成本上要比農(nóng)業(yè)大棚常用的LED燈便宜四分之一。
再看看激光除草機器人。
美國智能機械公司 Carbon Robotic 出品的 Autonomous Weeder(自動除草機),通過人工智能和激光來除草,每小時可除草10萬株。能夠讓機器安全有效地穿行在農(nóng)田里,以識別、瞄準和清除雜草。與其他除草技術(shù)不同的是,機器人利用高功率激光通過熱能清除雜草,而不會破壞農(nóng)作物和土壤。自動除草機使農(nóng)民可以減少使用有極大危害的除草劑,也可以節(jié)約更多勞動力。
不一定是美國的
當除草機開過壟溝時,裝載在車底的12個高分辨率攝像頭,會通過識別雜草分生組織中的熱能,來標記出哪些是作物,哪些是雜草。經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn),它對洋蔥、西蘭花等作物的識別、除草效果最好。
自動除草機在識別出雜草后,車底的點陣二氧化碳激光模組,精度控制在3mm 內(nèi),可以同時對8處目標進行激光除草。激光模組支持每50毫秒發(fā)射一次,每小時可以除草高達10萬株。
中國是蔬菜大國,如果形成“激光農(nóng)業(yè)”,有多大的的市場空間。
周日講課,遇到來自壽光、在武漢做高端蔬菜生意的胡總,與他提到了激光照明、激光除草、花湖機場等問題,他很有興趣。希望壽光蔬菜大棚與武漢激光產(chǎn)業(yè)合作。