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應科院成功研發智能珠寶檢測光譜儀

2020年4月28日

鑽石珠寶價值不菲﹐令人眼花瞭亂之餘﹐亦令人難辨真假。珠寶業界及市民如何可以在採購珠寶時,透過值得信賴的品質監控,以防止購入贗品呢?大型珠寶商店可以聘請專業人才,以及購置昂貴器材做檢測。但從檢測所需的時間或金錢方面考慮,一般中小型珠寶公司及個人則未必能負擔得起相對高昂的投資。

香港應用科技研究院(應科院)兩年前開始與本地珠寶業界合作,研發出成本較低、體積較細的便攜式珠寶檢測拉曼(Raman)光譜儀,可辨別3,000多種珠寶的品類和真偽,每次檢測三秒內完成,為賣家及用家都省時省錢,有效又快捷。

1928年,印度物理學家拉曼(Chandrasekhara Venkata Raman)發現激光照射到不同物質時,物質中的分子吸收部分能量,因而產生不同程度的振動及較低頻率的光線,為紀念他發明的功勞,科學界以拉曼效應命名此散射現象,而拉曼也因而成為首位獲得諾貝爾物理學獎的亞洲科學家。時至今日,拉曼效應已廣泛應用於檢測及鑑證方面。

提到三波段拉曼光譜儀的研發過程,應科院物聯網感測技術總監張春博士表示,「兩年前獲政府資助,研究如何利用拉曼光譜儀來檢測食物中是否有農藥超標,大約一年後,團隊發現以特定激光照射到食物上,短時間內就可從拉曼光散射結果,快速篩查食物中的農藥殘留物。」

應科院研發出成本低、體積細的便攜式檢測拉曼光譜儀,可辨別3,000多種珠寶的品類和真偽。

為本地珠寶業出力 增加商機

有了這次經驗,張博士深信拉曼光譜儀還可以被廣泛地應用到其他方面,幫助更多業界為他們帶來營運效益。在一次機遇下,接觸到本地珠寶業界,因而促成新的合作。「香港珠寶業由七十年代發展至今,一向享負盛名,在國際上甚具領導地位。2018年美國聯邦貿易委員改寫寶石指南,將人工鑽石與天然鑽石均定義為鑽石,而全球最大鑽石公司De Beers隨後亦開始銷售人工鑽石,令本地珠寶業界承受極大沖擊,急需技術分辨人工與天然鑽石。加上當時業界希望為翡翠訂立國際標準,將翡翠送上國際舞台,那就需要全面科學化的數據庫來鑑定品質,應科院研發的拉曼光譜儀因而有機會再次一展身手」

(左) 應科院研發小型光譜儀的經驗豐富,能優選各類微細的光學組件,將光譜儀體積大大減少。(右) 將來把技術安裝在智能電話鏡頭上,普羅大眾可以拍照形式測出珠寶真偽。

雖然業界一向亦有採用拉曼光譜儀檢查珠寶,不過張博士解釋,那些儀器動輒幾十萬元至上百萬元一部,而且體積相當龐大,基本上只有大學及科研機構和專業的檢測化驗所才有能力採購使用,一般珠寶店及批發商很難擁有這類設備,「幸好應科院有大量研發客制化小型光譜儀的製作的經驗,能夠優選各類微細的光學組件,通過特定的設計從而將光譜儀體積大大減少﹐並將成本降低。加上有其他業界幫助,提供多種珠寶樣品給我們對比研究,建立資料數據庫,過程中亦發現鑽石、翡翠及有色寶石分別須用三種不同波段的激光來作檢測才能獲得最佳效果。因為相對檢測農藥,珠寶鑑定所需的光信號靈敏度相應較低,於是我們就集中研究如何以最低成本,將三束激光結合在同一光譜儀中。」袖珍型光譜儀的專利技術在去年「日內瓦國際發明展」,更獲得評判特別嘉許金獎。

優化軟件簡化檢測流程 用途廣泛

經過約一年時間,張博士及他的團隊成功研發出三波段拉曼光譜儀,體積只有兩隻手掌大小,比傳統光譜儀細近二十倍,而且售價在十數萬元以內,如果僅需檢測單一類型的珠寶,更可提供單波段版本,售價可下調至五萬元,一般珠寶店已可負擔。

張博士表示,為了令光譜儀簡單易用,他們更在軟件上作出優化,「單純將檢測出來的光譜圖顯示出來,珠寶商必定難以解讀,我們因此採用人工智能,將光譜圖轉化為珠寶業內的行內術語,以鑽石為例,檢測後即可知它的真偽、級數、屬於天然還是人工鑽石,一目了然。另一方面,在用戶體驗上亦花了點功夫,只要將珠寶放在機面,就會即時自動確認珠寶所在的檢測通道,並開啟相應波段的激光進行檢測,過程中毋須用家做任何設定,亦毋須尋按鍵,令檢測更輕鬆簡單。」

張春博士 (右) 解釋,光譜儀同時採用了人工智能用圖表顯示資料,能將光譜圖轉化為珠寶業內的行內術語,方便業內人士檢測珠寶真偽及級數。

創科改善生活 帶來成本效益

新款拉曼光譜儀預計今年內可落實投產出售,張博士指未來希望能再研發更多應用,「若把技術安裝在智能電話鏡頭上,以拍照形式測出珠寶的光譜,普羅大眾亦可使用。現時疫情流行,大家對防疫裝備的真偽也十分關注,其實不論口罩、搓手液、藥材,甚至是化妝品,也可以通過拉曼光譜儀分辨品質及真偽。另外拉曼光譜儀也可應用於環境檢測,諸如水源、空氣、土壤、樹木等有否出現物質變化,能為我們的生活質素作出大大改善,利益民生。光譜檢測還可以應用於古董鑑證,例如分辨古代中國瓷器來自哪個年代及窯口等,期待2022年香港故宮博物館開幕時,此技術也會有用武之地。」

應科院物聯網感測技術總監張春博士

 

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