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【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(shí)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。

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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(shí)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,?！眻F(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),。”張瑞浩說,。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(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(diǎn),，開展科研攻關(guān),。

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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(shí)的專業(yè)基礎(chǔ),，同時也要充分了解市場需求?！敝x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(shí)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(diǎn)和難點(diǎn)。

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(shí)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(xiàng)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(xiàng)目,。依托i2MEMS實(shí)驗(yàn)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,。”謝會開教授說。

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完成加工工藝,，等待釋放和劃片的MEMS微鏡芯片晶圓

項(xiàng)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(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí),、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(xiàng)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：

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“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(diǎn)云重建全流程解決方案。