1992年，阿薩德?M.馬德尼（Asad M. Madni）掌舵BEI傳感器和控制器公司，負責監(jiān)督一條包括各種傳感和慣性導航裝置的生產(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)，而且他遇到了一個問題。

冷戰(zhàn)的結束對美國國防工業(yè)造成了沖擊，且在短時間內(nèi)很難恢復。BEI需要快速識別并抓住新客戶。 要獲得這些客戶，需要放棄該公司的機械慣性傳感器系統(tǒng)，轉而關注未經(jīng)證實的石英技術，還要讓石英傳感器小型化，并從一家每年生產(chǎn)幾萬臺昂貴傳感器的生產(chǎn)商轉變?yōu)橐患疑a(chǎn)數(shù)百萬臺廉價傳感器的生產(chǎn)商。 馬德尼身先士卒，全力以赴，實現(xiàn)了這一目標，并憑借陀螺芯片（GyroChip）取得了超出任何人想象的成功。這種價格低廉的慣性測量傳感器是首款集成到汽車中的傳感設備，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，該設備成為了無數(shù)商業(yè)和私人飛機以及美國導彈制導系統(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和在技術開發(fā)和研究領導方面做出的其他貢獻獲得了2022年IEEE榮
譽勛章。

不過，工程學并非馬德尼的首選職業(yè)。他想成為一名藝術家，一名畫家。但20世紀50年代和60年代，他在印度孟買的家庭經(jīng)濟狀況導致他轉向了工程學，特別是電子學，這要得益于他對袖珍半導體收音機創(chuàng)新設計的興趣。1966年，他移居到了美國，在位于紐約的美國無線電公司（RCA）研究所學習電子學，這是20世紀早期成立的一所學校，旨在培訓無線電報員和技術人員。

“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。因為如果不能影響人類，我會覺得我的職業(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課程的學習，然后進入了加州大學洛杉磯分校繼續(xù)學習，并于1969年獲得了電氣工程學學士學位。之后，他繼續(xù)攻讀碩士學位和博士學位，利用數(shù)字信號處理和頻域反射儀來分析電信系統(tǒng)，以便進行論文研究。在學習期間，他還從事了多項工作，例如，在太平洋州立大學擔任導師，在比弗利山莊零售店David Orgell從事庫存管理工作，還在Pertec公司擔任工程師，設計計算機外圍設備。 1975年，剛訂婚的馬德尼在老同學的幫助下，申請了Systron Donner公司微波部門的一個職位。

一開始，馬德尼在Systron Donner的工作是設計全球第一款具有數(shù)字存儲功能的頻譜分析儀。之前他從未真正使用過頻譜分析儀，當時這種設備非常昂貴，但他對相關理論有著充分的了解，足以讓他承擔這份工作。然后，在嘗試重新設計之前，他花了6個月的時間進行測試，并獲得了有關儀器的實際經(jīng)驗。

該項目歷時兩年，馬德尼表示，他還因此獲得了3項重要的專利，讓他開始朝著“更好更寬廣的方向”攀登。他說，這還教會了他認識到“理論知識和能夠幫助他人的可商業(yè)化的技術”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，相關工作也為他的博士研究奠定了基礎。 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驗室。他的技術成績一直體現(xiàn)在他所參與的每個項目中，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90年代有關慣性測量裝置的一點背景。慣性測量裝置可以測量一個物體的多種屬性，包括其比力（非重力引起的加速度）、繞軸旋轉的角速度，有時還能測量物體在三維空間中的方向。

20世紀90年代早期，典型的慣性測量裝置使用機械陀螺儀來進行角速率傳感。一套裝有3個高精度旋轉質量陀螺儀的設備的尺寸大約相當于一臺烤箱，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，但當時所有的高精度光纖和機械陀螺儀的價格都高達幾千美元。

這就是1990年的慣性測量裝置，當時Systron Donner公司將其國防電子業(yè)務出售給了BEI技術公司，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。該設備很大、很笨重、價格昂貴，而且包含了容易磨損的機械零件，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)明者處獲得了一項完全不同類型的速率傳感器的專利。當時它還只是一份書面設計，馬德尼說，但該公司已經(jīng)開始將其部分研發(fā)預算投入到該技術的實施中。 其設計的核心是一個很小的雙頭震動音叉，該音叉是使用標準硅片加工技術雕刻而成的。音叉的尖端會受到科里奧利效應（Coriolis effect）的干擾，該效應是指一個物體在抵抗從旋轉平面中被拉出時，作用在該物體上的慣性力。由于石英有壓電性質，因此改變作用在它上面的力會造成電荷的變化。這些變化可以被轉化為角速度的測量值。 在Systron Donner的部門被納入BEI后，該項目仍在繼續(xù)，20世紀90年代中期，BEI每年為一個保密國防項目生產(chǎn)約1萬個石英陀螺傳感器。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，馬德尼擔心至少很長一段時間內(nèi)，作為該部門主要業(yè)務的這些小型傳感器甚至是傳統(tǒng)機械傳感器都不會再有客戶了。 “我們有兩個選擇?！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，因為只有我們擁有這種技術。要么找到其他可以使用這種技術的地方。” 尋覓開始了。馬德尼說，他和他的研究團隊以及營銷團隊的成員參加了他們能夠找到的每一場傳感器會議，與所有使用慣性傳感器的人交談，無論其應用領域是工業(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，宣傳其價格、精度和可靠性，并且在短短幾年內(nèi)，讓該設備變得更小、價格更低廉了。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劃的漫游者探測器以及能夠讓宇航員在太空中自由移動的系統(tǒng)中使用了該設備。波音公司以及其他飛機和航空電子系統(tǒng)制造商也開始采用該設備。

不過，顯然汽車行業(yè)才是最大的潛在市場。20世紀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（例如一個車輪比另一個車輪轉得快）時調整發(fā)動機轉速和制動。但是，這些系統(tǒng)無法檢測到汽車在道路上的轉向與方向盤的轉向不符的問題，而這是一個可能導致不穩(wěn)定打滑進而引起側翻的關鍵指標。

汽車行業(yè)知道這種不足，而且側翻事故是汽車事故死亡的一個重要原因。博世等汽車電子設備供應商也在致力于開發(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翻，但這些公司都沒有準備好迎接黃金時刻。 馬德尼認為這是一個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，致力于縮小石英設備的尺寸并降低其成本，同時進行大量生產(chǎn)（其數(shù)量在國防工業(yè)中聞所未聞）并計劃每年將產(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設備，然后每月售出100萬臺甚至更多?！?他說，要實現(xiàn)這些目標，他知道以石英為基礎的速率傳感器不能有一個多余的組件。而且制造、供應鏈，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，他們太習慣于復雜的設計了，對進行簡單的設計不感興趣。我嘗試向他們解釋，我要求他們做的事，比他們所做的復雜工作更難。”即便如此，他還是失去了一些高級設計工程師。 “董事會問我到底在做什么，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；如果不去適應當前的需求，那么他們有什么用處？” 其他人則愿意適應，他派一些工程師參觀了瑞士的手表制造廠，去學習處理石英；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行了培訓，讓這些工程師了解汽車行業(yè)的運作和需求。 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?，過程艱辛。但在我的任期內(nèi)，BEI成為了全球最大的汽車穩(wěn)定性和側翻預防傳感器供應商。”

馬德尼說，1997年的一次事故帶來了20世紀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，一名汽車記者在進行麋鹿測試時在正常速度下突然轉向，想要模擬避開橫穿道路的麋鹿的情景，結果汽車發(fā)生了側翻。梅賽德斯公司及其競爭者將采用穩(wěn)定性控制系統(tǒng)作為對該事件負面影響的回應，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。當時，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，當時石英的性能優(yōu)于硅。如今，大多數(shù)汽車級速率傳感器生產(chǎn)商采用的都是硅，因為這種技術已經(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)是另一個巨大的市場。 20世紀90年代初和中期，波音737飛機曾經(jīng)發(fā)生了一系列因方向舵意外偏轉造成的空難和事故。有些故障可以追溯到飛機的動力控制裝置，該裝置采用了偏航阻尼技術。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計其動力控制裝置。馬德尼和BEI說服了波音公司在未來所有的737飛機上采用BEI的石英傳感器，同時使用該設備對所有現(xiàn)有飛機進行了改裝。私人航空飛機制造商很快也采用了這種傳感器。最后，國防業(yè)務也回歸了。 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的技術方案使其成為了一個頗具吸引力的收購目標。除了速率傳感器，該公司還因其為哈勃太空望遠鏡開發(fā)的史無前例精確的瞄準系統(tǒng)而備受贊譽。該傳感器和控制團隊擴張成為了BEI傳感器和系統(tǒng)公司，由馬德尼擔任該公司的首席執(zhí)行官和首席技術官。 “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持不懈。這家公司不肯放棄，因此我們必須向董事會說明相關事宜。” 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任領導職位，于2006年正式退休。

雖然馬德尼說他從2006年開始就退休了，但實際上他只是從工業(yè)領域退休，仍然過著忙碌的學術生活。他在6所大學擔任榮譽教授，包括克里特理工大學、得克薩斯大學圣安東尼奧分校和新西蘭懷卡托大學。2011年，他成為了加州大學洛杉磯分校電氣與計算機工程系的杰出科學家和杰出客座教授，這也是他的母校。他每周會去學校與學生會面，這些學生從事著傳感、信號處理、傳感器設計人工智能和超寬帶高速儀器研究。到目前為止，馬德尼指導了25名研究生。

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

“在學術研究中，人們很多時候都容易迷失在細節(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“非常關注我們所做的研究對工程和科學界之外的影響，包括其應用及其開辟的新領域等”。 曾擔任加州州立大學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。 拉梅什說：“對他而言，研究不僅僅與工程學有關，還關系到工程學的未來，展示了如何改變?nèi)藗兊纳?，而且他從來不會因為挑?zhàn)而氣餒?！?“我們有一群學生想要利用游戲中使用的耳機來為行動障礙人士打造一個人腦控制接口?！崩肥舱f，“我們與一名神經(jīng)學家進行了交流，他嘲笑我們，并說我們不可能做到用耳機來監(jiān)測腦電波并即時將其轉化為運動指令。但馬德尼教授關注的是我們?nèi)绾谓鉀Q這個問題，即使我們無法解決，在這個過程中，我們也會通過嘗試而有所收獲?！?克里特理工大學的教授亞尼斯?菲利斯（Yannis Phillis）說：“他非常了解工程學，但他的興趣廣泛。例如，我們在克里特第一次見面時，我跳了一支Zeibekiko獨舞，這支舞起源于古希臘。他問了我很多問題。他對社會、人類行為、環(huán)境和更廣義的文明的存在都很好奇?！?進入工程學界時，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。 “航天應用已經(jīng)增強了我們對宇宙的了解，我很幸運自己能夠參與其中?！彼f，“我以自己的方式（對汽車安全）作出的貢獻挽救了全球數(shù)百萬人的生命。我的技術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)。”

編輯：黃飛