1992年，阿薩德?M.馬德尼（Asad M. Madni）掌舵BEI傳感器和控制器公司，負(fù)責(zé)監(jiān)督一條包括各種傳感和慣性導(dǎo)航裝置的生產(chǎn)線。該公司的客戶種類較少，主要分布在航空航天和國防電子行業(yè)，而且他遇到了一個(gè)問題。

冷戰(zhàn)的結(jié)束對美國國防工業(yè)造成了沖擊，且在短時(shí)間內(nèi)很難恢復(fù)。BEI需要快速識(shí)別并抓住新客戶。 要獲得這些客戶，需要放棄該公司的機(jī)械慣性傳感器系統(tǒng)，轉(zhuǎn)而關(guān)注未經(jīng)證實(shí)的石英技術(shù)，還要讓石英傳感器小型化，并從一家每年生產(chǎn)幾萬臺(tái)昂貴傳感器的生產(chǎn)商轉(zhuǎn)變?yōu)橐患疑a(chǎn)數(shù)百萬臺(tái)廉價(jià)傳感器的生產(chǎn)商。 馬德尼身先士卒，全力以赴，實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，并憑借陀螺芯片（GyroChip）取得了超出任何人想象的成功。這種價(jià)格低廉的慣性測量傳感器是首款集成到汽車中的傳感設(shè)備，它能夠幫助電子穩(wěn)定性控制（ESC）系統(tǒng)檢測打滑，而且能夠操縱剎車防止側(cè)翻事故。美國國家公路交通安全管理局表示，從2011年到2015年這5年間，所有新車安裝了ESC后，僅在美國，該系統(tǒng)就拯救了7000人的生命。

? 后來，該設(shè)備成為了無數(shù)商業(yè)和私人飛機(jī)以及美國導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)中的穩(wěn)定性控制系統(tǒng)的核心。此外，它還作為探路者計(jì)劃中的漫游者探測器的部件登上了火星。 馬德尼也因其開創(chuàng)了GyroChip和在技術(shù)開發(fā)和研究領(lǐng)導(dǎo)方面做出的其他貢獻(xiàn)獲得了2022年IEEE榮
譽(yù)勛章。

不過，工程學(xué)并非馬德尼的首選職業(yè)。他想成為一名藝術(shù)家，一名畫家。但20世紀(jì)50年代和60年代，他在印度孟買的家庭經(jīng)濟(jì)狀況導(dǎo)致他轉(zhuǎn)向了工程學(xué)，特別是電子學(xué)，這要得益于他對袖珍半導(dǎo)體收音機(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的興趣。1966年，他移居到了美國，在位于紐約的美國無線電公司（RCA）研究所學(xué)習(xí)電子學(xué)，這是20世紀(jì)早期成立的一所學(xué)校，旨在培訓(xùn)無線電報(bào)員和技術(shù)人員。

“我想成為一名發(fā)明東西的工程師。”馬德尼說，“一名能夠通過自己的工作最終影響人類的工程師。因?yàn)槿绻荒苡绊懭祟?，我?huì)覺得我的職業(yè)生涯沒有成就感。” 兩年后，馬德尼在RCA研究所完成了電子技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，然后進(jìn)入了加州大學(xué)洛杉磯分校繼續(xù)學(xué)習(xí)，并于1969年獲得了電氣工程學(xué)學(xué)士學(xué)位。之后，他繼續(xù)攻讀碩士學(xué)位和博士學(xué)位，利用數(shù)字信號(hào)處理和頻域反射儀來分析電信系統(tǒng)，以便進(jìn)行論文研究。在學(xué)習(xí)期間，他還從事了多項(xiàng)工作，例如，在太平洋州立大學(xué)擔(dān)任導(dǎo)師，在比弗利山莊零售店David Orgell從事庫存管理工作，還在Pertec公司擔(dān)任工程師，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備。 1975年，剛訂婚的馬德尼在老同學(xué)的幫助下，申請了Systron Donner公司微波部門的一個(gè)職位。

一開始，馬德尼在Systron Donner的工作是設(shè)計(jì)全球第一款具有數(shù)字存儲(chǔ)功能的頻譜分析儀。之前他從未真正使用過頻譜分析儀，當(dāng)時(shí)這種設(shè)備非常昂貴，但他對相關(guān)理論有著充分的了解，足以讓他承擔(dān)這份工作。然后，在嘗試重新設(shè)計(jì)之前，他花了6個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行測試，并獲得了有關(guān)儀器的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。

該項(xiàng)目歷時(shí)兩年，馬德尼表示，他還因此獲得了3項(xiàng)重要的專利，讓他開始朝著“更好更寬廣的方向”攀登。他說，這還教會(huì)了他認(rèn)識(shí)到“理論知識(shí)和能夠幫助他人的可商業(yè)化的技術(shù)”之間的區(qū)別。 之后，他繼續(xù)為美國軍方開發(fā)射頻和微波系統(tǒng)以及儀器，包括用于通信線路的分析儀和為海軍打造的附加天線，相關(guān)工作也為他的博士研究奠定了基礎(chǔ)。 雖然他很快就晉升到了管理層，最終成為了Systron Donner的主席和總裁，但他以前的同事都說，他從來沒有完全脫離實(shí)驗(yàn)室。他的技術(shù)成績一直體現(xiàn)在他所參與的每個(gè)項(xiàng)目中，包括促成GyroChip的開創(chuàng)性工作。

在談到最終成為GyroChip核心的小小石英傳感器之前，本文要先說一說20世紀(jì)90年代有關(guān)慣性測量裝置的一點(diǎn)背景。慣性測量裝置可以測量一個(gè)物體的多種屬性，包括其比力（非重力引起的加速度）、繞軸旋轉(zhuǎn)的角速度，有時(shí)還能測量物體在三維空間中的方向。

20世紀(jì)90年代早期，典型的慣性測量裝置使用機(jī)械陀螺儀來進(jìn)行角速率傳感。一套裝有3個(gè)高精度旋轉(zhuǎn)質(zhì)量陀螺儀的設(shè)備的尺寸大約相當(dāng)于一臺(tái)烤箱，重約1千克。采用環(huán)形激光陀螺儀或光纖陀螺儀的慣性測量裝置小一些，但當(dāng)時(shí)所有的高精度光纖和機(jī)械陀螺儀的價(jià)格都高達(dá)幾千美元。

這就是1990年的慣性測量裝置，當(dāng)時(shí)Systron Donner公司將其國防電子業(yè)務(wù)出售給了BEI技術(shù)公司，這是BEI電子公司旗下一家公開上市的子公司，而BEI電子公司本身也是著名的鮑德溫鋼琴公司的一家子公司。該設(shè)備很大、很笨重、價(jià)格昂貴，而且包含了容易磨損的機(jī)械零件，因此其穩(wěn)定性也受到了影響。 在銷售前不久，Systron Donner從一群美國發(fā)明者處獲得了一項(xiàng)完全不同類型的速率傳感器的專利。當(dāng)時(shí)它還只是一份書面設(shè)計(jì)，馬德尼說，但該公司已經(jīng)開始將其部分研發(fā)預(yù)算投入到該技術(shù)的實(shí)施中。 其設(shè)計(jì)的核心是一個(gè)很小的雙頭震動(dòng)音叉，該音叉是使用標(biāo)準(zhǔn)硅片加工技術(shù)雕刻而成的。音叉的尖端會(huì)受到科里奧利效應(yīng)（Coriolis effect）的干擾，該效應(yīng)是指一個(gè)物體在抵抗從旋轉(zhuǎn)平面中被拉出時(shí)，作用在該物體上的慣性力。由于石英有壓電性質(zhì)，因此改變作用在它上面的力會(huì)造成電荷的變化。這些變化可以被轉(zhuǎn)化為角速度的測量值。 在Systron Donner的部門被納入BEI后，該項(xiàng)目仍在繼續(xù)，20世紀(jì)90年代中期，BEI每年為一個(gè)保密國防項(xiàng)目生產(chǎn)約1萬個(gè)石英陀螺傳感器。但隨著蘇聯(lián)解體以及接踵而至的美國國防工業(yè)的迅速縮小，馬德尼擔(dān)心至少很長一段時(shí)間內(nèi)，作為該部門主要業(yè)務(wù)的這些小型傳感器甚至是傳統(tǒng)機(jī)械傳感器都不會(huì)再有客戶了。 “我們有兩個(gè)選擇?！瘪R德尼說，“要么聽之任之然后平靜地消亡，這將是一種恥辱，因?yàn)橹挥形覀儞碛羞@種技術(shù)。要么找到其他可以使用這種技術(shù)的地方。” 尋覓開始了。馬德尼說，他和他的研究團(tuán)隊(duì)以及營銷團(tuán)隊(duì)的成員參加了他們能夠找到的每一場傳感器會(huì)議，與所有使用慣性傳感器的人交談，無論其應(yīng)用領(lǐng)域是工業(yè)、商業(yè)還是航天業(yè)。他們展示了該公司開發(fā)的石英角速率傳感器，宣傳其價(jià)格、精度和可靠性，并且在短短幾年內(nèi)，讓該設(shè)備變得更小、價(jià)格更低廉了。美國國家航空航天局對此產(chǎn)生了興趣，并最終在火星探路者計(jì)劃的漫游者探測器以及能夠讓宇航員在太空中自由移動(dòng)的系統(tǒng)中使用了該設(shè)備。波音公司以及其他飛機(jī)和航空電子系統(tǒng)制造商也開始采用該設(shè)備。

不過，顯然汽車行業(yè)才是最大的潛在市場。20世紀(jì)80年代末，汽車公司已經(jīng)開始在其高端車輛中采用基本牽引力控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)能夠監(jiān)測方向盤位置、油門位置和單輪速度，并且還能在檢測到問題（例如一個(gè)車輪比另一個(gè)車輪轉(zhuǎn)得快）時(shí)調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和制動(dòng)。但是，這些系統(tǒng)無法檢測到汽車在道路上的轉(zhuǎn)向與方向盤的轉(zhuǎn)向不符的問題，而這是一個(gè)可能導(dǎo)致不穩(wěn)定打滑進(jìn)而引起側(cè)翻的關(guān)鍵指標(biāo)。

汽車行業(yè)知道這種不足，而且側(cè)翻事故是汽車事故死亡的一個(gè)重要原因。博世等汽車電子設(shè)備供應(yīng)商也在致力于開發(fā)可靠的小型角速率傳感器，而且大多數(shù)是使用硅來開發(fā)的，目的是改善牽引力控制和防止側(cè)翻，但這些公司都沒有準(zhǔn)備好迎接黃金時(shí)刻。 馬德尼認(rèn)為這是一個(gè)BEI能夠取勝的市場。BEI與位于德國法蘭克福的德國大陸公司展開了合作，致力于縮小石英設(shè)備的尺寸并降低其成本，同時(shí)進(jìn)行大量生產(chǎn)（其數(shù)量在國防工業(yè)中聞所未聞）并計(jì)劃每年將產(chǎn)能提升數(shù)百萬。 這種從國防工業(yè)到最具競爭性的大眾市場產(chǎn)業(yè)的重大轉(zhuǎn)變需要該公司及其麾下工程師做出很大的改變。馬德尼帶頭做出了表率。 “我告訴他們：‘我們要把它小型化。我們要降低價(jià)格，從每軸1200美元到1800美元下降到100美元，再降到50美元，之后是25美元。我們每月將必須售出幾萬臺(tái)設(shè)備，然后每月售出100萬臺(tái)甚至更多。’” 他說，要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，他知道以石英為基礎(chǔ)的速率傳感器不能有一個(gè)多余的組件。而且制造、供應(yīng)鏈，甚至是銷售管理都必須發(fā)生重大變化。 “我告訴工程師們，除了絕對需要的組件以外，其中不能有其他任何東西?！瘪R德尼回憶道，“有的人開始退縮了，他們太習(xí)慣于復(fù)雜的設(shè)計(jì)了，對進(jìn)行簡單的設(shè)計(jì)不感興趣。我嘗試向他們解釋，我要求他們做的事，比他們所做的復(fù)雜工作更難?！奔幢闳绱耍€是失去了一些高級(jí)設(shè)計(jì)工程師。 “董事會(huì)問我到底在做什么，并表示他們都是公司的優(yōu)秀員工。我告訴他們，這不是員工好不好的問題；如果不去適應(yīng)當(dāng)前的需求，那么他們有什么用處？” 其他人則愿意適應(yīng)，他派一些工程師參觀了瑞士的手表制造廠，去學(xué)習(xí)處理石英；手表行業(yè)已經(jīng)使用石英幾十年了。此外，他還讓汽車行業(yè)的專家對其他工程師進(jìn)行了培訓(xùn)，讓這些工程師了解汽車行業(yè)的運(yùn)作和需求。 馬德尼表示，需要做出的改變并不簡單?！拔覀冊馐芰撕芏啻煺郏^程艱辛。但在我的任期內(nèi)，BEI成為了全球最大的汽車穩(wěn)定性和側(cè)翻預(yù)防傳感器供應(yīng)商。”

馬德尼說，1997年的一次事故帶來了20世紀(jì)90年代末電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)市場的蓬勃發(fā)展。在試車跑道上測試一輛新梅賽德斯汽車的過程中，一名汽車記者在進(jìn)行麋鹿測試時(shí)在正常速度下突然轉(zhuǎn)向，想要模擬避開橫穿道路的麋鹿的情景，結(jié)果汽車發(fā)生了側(cè)翻。梅賽德斯公司及其競爭者將采用穩(wěn)定性控制系統(tǒng)作為對該事件負(fù)面影響的回應(yīng)，之后GyroChip的需求猛增。

得益于與德國大陸公司的合作，BEI多年來一直在汽車市場占據(jù)了很大的份額。當(dāng)時(shí)，BEI并不是唯一的博弈參與者，德國的博世公司也于1998年開始生產(chǎn)硅制微電子機(jī)械系統(tǒng)（MEMS）速率傳感器，但這家加利福尼亞公司是唯一一家使用石英傳感器的生產(chǎn)商，當(dāng)時(shí)石英的性能優(yōu)于硅。如今，大多數(shù)汽車級(jí)速率傳感器生產(chǎn)商采用的都是硅，因?yàn)檫@種技術(shù)已經(jīng)成熟，而且硅傳感器的生產(chǎn)成本更低。 雖然針對汽車市場的生產(chǎn)快速增長了起來，但馬德尼依然在繼續(xù)尋找其他市場。他發(fā)現(xiàn)航空業(yè)是另一個(gè)巨大的市場。 20世紀(jì)90年代初和中期，波音737飛機(jī)曾經(jīng)發(fā)生了一系列因方向舵意外偏轉(zhuǎn)造成的空難和事故。有些故障可以追溯到飛機(jī)的動(dòng)力控制裝置，該裝置采用了偏航阻尼技術(shù)。雖然沒有涉及具體的偏航傳感器，但該公司還是需要重新設(shè)計(jì)其動(dòng)力控制裝置。馬德尼和BEI說服了波音公司在未來所有的737飛機(jī)上采用BEI的石英傳感器，同時(shí)使用該設(shè)備對所有現(xiàn)有飛機(jī)進(jìn)行了改裝。私人航空飛機(jī)制造商很快也采用了這種傳感器。最后，國防業(yè)務(wù)也回歸了。 如今，幾乎所有的陸地、空中和海上交通工具中都有電子角速率傳感器。馬德尼將其小型化并降低成本的努力為之開辟了道路。 到2005年，BEI的技術(shù)方案使其成為了一個(gè)頗具吸引力的收購目標(biāo)。除了速率傳感器，該公司還因其為哈勃太空望遠(yuǎn)鏡開發(fā)的史無前例精確的瞄準(zhǔn)系統(tǒng)而備受贊譽(yù)。該傳感器和控制團(tuán)隊(duì)擴(kuò)張成為了BEI傳感器和系統(tǒng)公司，由馬德尼擔(dān)任該公司的首席執(zhí)行官和首席技術(shù)官。 “我們沒有尋找買家；我們發(fā)展得非常順利，希望能繼續(xù)成長。但有一些公司想要收購我們，其中施耐德電氣始終堅(jiān)持不懈。這家公司不肯放棄，因此我們必須向董事會(huì)說明相關(guān)事宜?！?這筆交易于2005年年中完成，經(jīng)過短暫的過渡期后，馬德尼拒絕了在施耐德電氣擔(dān)任領(lǐng)導(dǎo)職位，于2006年正式退休。

雖然馬德尼說他從2006年開始就退休了，但實(shí)際上他只是從工業(yè)領(lǐng)域退休，仍然過著忙碌的學(xué)術(shù)生活。他在6所大學(xué)擔(dān)任榮譽(yù)教授，包括克里特理工大學(xué)、得克薩斯大學(xué)圣安東尼奧分校和新西蘭懷卡托大學(xué)。2011年，他成為了加州大學(xué)洛杉磯分校電氣與計(jì)算機(jī)工程系的杰出科學(xué)家和杰出客座教授，這也是他的母校。他每周會(huì)去學(xué)校與學(xué)生會(huì)面，這些學(xué)生從事著傳感、信號(hào)處理、傳感器設(shè)計(jì)人工智能和超寬帶高速儀器研究。到目前為止，馬德尼指導(dǎo)了25名研究生。

賽喬?K.洛那潘（Cejo K. Lonappan）是他以前在加州大學(xué)洛杉磯分校的學(xué)生，如今是矽晶電信技術(shù)公司的首席系統(tǒng)工程師。這位馬德尼從前的學(xué)生說，馬德尼非常關(guān)心他的學(xué)生所做研究的影響，會(huì)要求學(xué)生針對每個(gè)研究項(xiàng)目撰寫技術(shù)范疇之外的執(zhí)行綱要，以便討論更廣闊的前景。

“在學(xué)術(shù)研究中，人們很多時(shí)候都容易迷失在細(xì)節(jié)之中，迷失在對研究人員來說印象深刻的小事中?！甭迥桥苏f。但馬德尼“非常關(guān)注我們所做的研究對工程和科學(xué)界之外的影響，包括其應(yīng)用及其開辟的新領(lǐng)域等”。 曾擔(dān)任加州州立大學(xué)北嶺分校電氣工程系主任的教授S.K.拉梅什（S.K. Ramesh）也看到了顧問馬德尼的行動(dòng)。 拉梅什說：“對他而言，研究不僅僅與工程學(xué)有關(guān)，還關(guān)系到工程學(xué)的未來，展示了如何改變?nèi)藗兊纳?，而且他從來不?huì)因?yàn)樘魬?zhàn)而氣餒?！?“我們有一群學(xué)生想要利用游戲中使用的耳機(jī)來為行動(dòng)障礙人士打造一個(gè)人腦控制接口?！崩肥舱f，“我們與一名神經(jīng)學(xué)家進(jìn)行了交流，他嘲笑我們，并說我們不可能做到用耳機(jī)來監(jiān)測腦電波并即時(shí)將其轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)指令。但馬德尼教授關(guān)注的是我們?nèi)绾谓鉀Q這個(gè)問題，即使我們無法解決，在這個(gè)過程中，我們也會(huì)通過嘗試而有所收獲?！?克里特理工大學(xué)的教授亞尼斯?菲利斯（Yannis Phillis）說：“他非常了解工程學(xué)，但他的興趣廣泛。例如，我們在克里特第一次見面時(shí)，我跳了一支Zeibekiko獨(dú)舞，這支舞起源于古希臘。他問了我很多問題。他對社會(huì)、人類行為、環(huán)境和更廣義的文明的存在都很好奇。” 進(jìn)入工程學(xué)界時(shí)，馬德尼希望通過自己的工作影響人類。他對此感到滿意，至少在某些方面他已經(jīng)做到了。 “航天應(yīng)用已經(jīng)增強(qiáng)了我們對宇宙的了解，我很幸運(yùn)自己能夠參與其中?！彼f，“我以自己的方式（對汽車安全）作出的貢獻(xiàn)挽救了全球數(shù)百萬人的生命。我的技術(shù)也在國防和安全方面發(fā)揮了作用。這是最令人滿意的職業(yè)?！?/p>

編輯：黃飛