【新聞特寫】這顆北理“芯”駕馭光影,，打造3D“智慧眼”,！
發(fā)布日期：2022-12-02 供稿：集成電路與電子學(xué)院、黨委宣傳部 攝影：集成電路與電子學(xué)院
編輯：吳楠 審核：武楠,、劉曉俏 閱讀次數(shù)：黨的二十大報告深刻指出,，教育、科技,、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性,、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力,、人才是第一資源,、創(chuàng)新是第一動力，深入實施科教興國戰(zhàn)略,、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略,、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，開辟發(fā)展新領(lǐng)域新賽道,，不斷塑造發(fā)展新動能新優(yōu)勢,。
在偌大的車間里，多條生產(chǎn)線正緊鑼密鼓地高效運(yùn)轉(zhuǎn),，卻鮮有工人在機(jī)器之間穿梭,，一部部機(jī)器人正代替人力在流水線上完成工作任務(wù)。機(jī)器人結(jié)構(gòu)龐大,，但并不“莽撞”,，它能快速洞察零部件外形，精準(zhǔn)地完成定位,、抓取、裝配,、焊接等工作,，是什么讓機(jī)器人“看得見”？答案就藏在機(jī)械臂里一枚小巧的MEMS微鏡芯片上,。那么,，這樣一枚小小的芯片是如何誕生的呢？又有哪些強(qiáng)大的功能,？
亮相成就展
日前,，由北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院“光芯繪影”學(xué)生團(tuán)隊研制的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）微鏡芯片，亮相“奮進(jìn)新時代”主題成就展,，吸引了眾多參觀者,。它僅有米粒大小的身軀,，卻可投射數(shù)千編碼條紋，重建零部件信息,，給機(jī)器帶來最真實的感知,。
“芯片能以超高速度將結(jié)構(gòu)光投影在物體表面，為機(jī)器人視覺識別提供光學(xué)基礎(chǔ),，構(gòu)建廣闊視野,，在智慧物流、刑偵采集,、醫(yī)療診斷等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,。”團(tuán)隊負(fù)責(zé)人,、集成電路與電子學(xué)院2020級碩士研究生張瑞浩說,。這枚小小的芯片在物流、刑偵,、醫(yī)療等領(lǐng)域成為了機(jī)器感知世界的“慧眼”,！
芯片誕生記
“光芯繪影”團(tuán)隊學(xué)生合影（左起為陳靜怡、屈家生,、張瑞浩,、趙之昊、賈云飛）
現(xiàn)代工業(yè)自動化技術(shù)包含感知,、檢測等環(huán)節(jié),，和工業(yè)3D相機(jī)密不可分。與傳統(tǒng)的2D相機(jī)相比,，3D相機(jī)可以獲取物體表面的深度信息,，從而建立起物體的三維模型，被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)制品的表面缺陷檢測,。如工業(yè)檢測中一個表面有劃傷的金屬件,，其傷痕顏色與金屬顏色相同，且金屬件表面存在加工紋路劃痕與紋路混在一起,，普通2D相機(jī)根本無法分辨出來,，而結(jié)構(gòu)光3D相機(jī)可以獲取金屬表面的深度信息，獲得三維數(shù)據(jù),，進(jìn)而分辨出表面劃痕位置,。
MEMS芯片作為3D相機(jī)的核心器件，將結(jié)構(gòu)光投影到物體表面,，通過感知算法解算結(jié)構(gòu)光的形變,，3D相機(jī)便可構(gòu)建出三維信息。
“目前我國結(jié)構(gòu)光3D投影芯片技術(shù)仍與世界先進(jìn)水平存在差距,，且存在溫漂大,、體積大,、精度低等不足。以MEMS微鏡芯片研發(fā)為突破口,，開拓一條3D結(jié)構(gòu)光投影芯片生產(chǎn)新路徑,，成為了我們科研的目標(biāo)?！睆埲鸷普f,。MEMS微鏡芯片在3D結(jié)構(gòu)光投影方面有著先天的技術(shù)優(yōu)勢，其體積小,、視場可靈活調(diào)整的特點使光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計大大簡化,，從而降低成本，適合大規(guī)模推廣,。
張瑞浩帶領(lǐng)團(tuán)隊在學(xué)院謝會開,、周文斌、王曉毅老師的指導(dǎo)下,，依托北京理工大學(xué)i2MEMS實驗室和北京理工大學(xué)重慶微電子研究院多年研究積累的基礎(chǔ)上,，針對現(xiàn)有應(yīng)用方案的局限性，瞄準(zhǔn)芯片體積,、溫度漂移,、角度檢測三大技術(shù)難點，開展科研攻關(guān),。
2022年5月,，團(tuán)隊成員在蘇州納米所測試間使用顯微鏡檢測芯片
“攻克技術(shù)難題，需要學(xué)生具備扎實的專業(yè)基礎(chǔ),，同時也要充分了解市場需求,。”謝會開教授非常注重學(xué)生基礎(chǔ)知識的積累和動手能力的培養(yǎng),，促進(jìn)學(xué)生將理論與實踐有機(jī)結(jié)合,，知行合一。此外,，在開展科研攻關(guān)的同時,，謝會開等老師帶領(lǐng)學(xué)生廣泛調(diào)研市場需求，與十余家3D視覺廠家進(jìn)行溝通,，充分了解產(chǎn)業(yè)痛點和難點。
在教師和團(tuán)隊成員共同努力下,，在先進(jìn)科研平臺的支撐下,，團(tuán)隊創(chuàng)新性地提出了新型微鏡梳齒結(jié)構(gòu)，開發(fā)出電容式角度檢測技術(shù),，攻克了低溫漂芯片和高精度檢測兩大核心技術(shù),，顯著減小了諧振角度漂移,，提升了溫度穩(wěn)定性。
小芯片發(fā)揮大作用
實現(xiàn)技術(shù)突破后,，團(tuán)隊著眼長遠(yuǎn),，面向國家重大需求，聚焦《“十四五”智能制造發(fā)展規(guī)劃》中智能制造裝備領(lǐng)域開展了“光芯繪影”創(chuàng)業(yè)項目,。“科研成果要真正服務(wù)于人民生產(chǎn)生活,，在解決技術(shù)難題的基礎(chǔ)上，我們開始思考如何進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化,，推進(jìn)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目,。依托i2MEMS實驗室、北理工重慶微電子研究院等豐富的資源,，經(jīng)過多方調(diào)研,，團(tuán)隊形成了明確的創(chuàng)業(yè)思路?！敝x會開教授說,。
完成加工工藝，等待釋放和劃片的MEMS微鏡芯片晶圓
項目以低溫漂高精度的MEMS微鏡芯片為核心產(chǎn)品,，以芯片設(shè)計和封測為主要業(yè)務(wù),，團(tuán)隊不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高芯片穩(wěn)定性,，設(shè)計推出了面向虛擬現(xiàn)實,、增強(qiáng)現(xiàn)實、3D相機(jī),、激光投影等多重應(yīng)用場景的系列化產(chǎn)品,。目前，芯片產(chǎn)品已具備量產(chǎn)能力,，MEMS微鏡芯片出貨近萬顆,，申請多項發(fā)明專利。
核心產(chǎn)品MEMS微鏡芯片研發(fā)成功后,，“光芯繪影”團(tuán)隊并未停止前進(jìn)的腳步,，而是向著更高的山峰進(jìn)發(fā)。經(jīng)過大量走訪調(diào)研交流,，“光芯繪影”團(tuán)隊瞄準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)鏈需求又開發(fā)了3D結(jié)構(gòu)光投影方案,，用戶可以根據(jù)自身需求便捷地開發(fā)各種應(yīng)用產(chǎn)品。
大眾創(chuàng)業(yè),、萬眾創(chuàng)新,，道阻且長、行則至遠(yuǎn)。未來,，“光芯繪影”團(tuán)隊將以領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢,、先進(jìn)的運(yùn)營模式、優(yōu)秀的團(tuán)隊成員為支撐,，向著創(chuàng)業(yè)的藍(lán)海遠(yuǎn)航,，在新時代浪潮中奮進(jìn)！
附團(tuán)隊簡介：
“光芯繪影” 團(tuán)隊師生均來自北京理工大學(xué)集成電路與電子學(xué)院,，指導(dǎo)教師是謝會開,、周文彪、王曉毅,。團(tuán)隊自主研發(fā)了系列化低溫漂,、高穩(wěn)定性的MEMS微鏡芯片，并基于MEMS微鏡芯片開發(fā)了一套高精度,、小體積,、低成本、高穩(wěn)定性的3D激光投影模塊,，提出了從硬件到算法的三維點云重建全流程解決方案,。
