【新闻特写】这颗北理“芯”驾驭光影，打造3D“智慧眼”！
发布日期：2022-12-02 供稿：集成电路与电子学院、党委宣传部 摄影：集成电路与电子学院
编辑：吴楠 审核：武楠、刘晓俏 阅读次数：党的二十大报告深刻指出，教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。
在偌大的车间里，多条生产线正紧锣密鼓地高效运转，却鲜有工人在机器之间穿梭，一部部机器人正代替人力在流水线上完成工作任务。机器人结构庞大，但并不“莽撞”，它能快速洞察零部件外形，精准地完成定位、抓取、装配、焊接等工作，是什么让机器人“看得见”？答案就藏在机械臂里一枚小巧的MEMS微镜芯片上。那么，这样一枚小小的芯片是如何诞生的呢？又有哪些强大的功能？
亮相成就展
日前，由乐动（中国）集成电路与电子学院“光芯绘影”学生团队研制的微机电系统（MEMS）微镜芯片，亮相“奋进新时代”主题成就展，吸引了众多参观者。它仅有米粒大小的身躯，却可投射数千编码条纹，重建零部件信息，给机器带来最真实的感知。
“芯片能以超高速度将结构光投影在物体表面，为机器人视觉识别提供光学基础，构建广阔视野，在智慧物流、刑侦采集、医疗诊断等领域得到广泛应用。”团队负责人、集成电路与电子学院2020级硕士研究生张瑞浩说。这枚小小的芯片在物流、刑侦、医疗等领域成为了机器感知世界的“慧眼”！
芯片诞生记
“光芯绘影”团队学生合影（左起为陈静怡、屈家生、张瑞浩、赵之昊、贾云飞）
现代工业自动化技术包含感知、检测等环节，和工业3D相机密不可分。与传统的2D相机相比，3D相机可以获取物体表面的深度信息，从而建立起物体的三维模型，被广泛地应用于工业制品的表面缺陷检测。如工业检测中一个表面有划伤的金属件，其伤痕颜色与金属颜色相同，且金属件表面存在加工纹路划痕与纹路混在一起，普通2D相机根本无法分辨出来，而结构光3D相机可以获取金属表面的深度信息，获得三维数据，进而分辨出表面划痕位置。
MEMS芯片作为3D相机的核心器件，将结构光投影到物体表面，通过感知算法解算结构光的形变，3D相机便可构建出三维信息。
“目前我国结构光3D投影芯片技术仍与世界先进水平存在差距，且存在温漂大、体积大、精度低等不足。以MEMS微镜芯片研发为突破口，开拓一条3D结构光投影芯片生产新路径，成为了我们科研的目标。”张瑞浩说。MEMS微镜芯片在3D结构光投影方面有着先天的技术优势，其体积小、视场可灵活调整的特点使光学系统设计大大简化，从而降低成本，适合大规模推广。
张瑞浩带领团队在学院谢会开、周文斌、王晓毅老师的指导下，依托乐动（中国）i2MEMS实验室和乐动（中国）重庆微电子研究院多年研究积累的基础上，针对现有应用方案的局限性，瞄准芯片体积、温度漂移、角度检测三大技术难点，开展科研攻关。
2022年5月，团队成员在苏州纳米所测试间使用显微镜检测芯片
“攻克技术难题，需要学生具备扎实的专业基础，同时也要充分了解市场需求。”谢会开教授非常注重学生基础知识的积累和动手能力的培养，促进学生将理论与实践有机结合，知行合一。此外，在开展科研攻关的同时，谢会开等老师带领学生广泛调研市场需求，与十余家3D视觉厂家进行沟通，充分了解产业痛点和难点。
在教师和团队成员共同努力下，在先进科研平台的支撑下，团队创新性地提出了新型微镜梳齿结构，开发出电容式角度检测技术，攻克了低温漂芯片和高精度检测两大核心技术，显著减小了谐振角度漂移，提升了温度稳定性。
小芯片发挥大作用
实现技术突破后，团队着眼长远，面向国家重大需求，聚焦《“十四五”智能制造发展规划》中智能制造装备领域开展了“光芯绘影”创业项目。“科研成果要真正服务于人民生产生活，在解决技术难题的基础上，我们开始思考如何进行成果转化，推进创新创业项目。依托i2MEMS实验室、北理工重庆微电子研究院等丰富的资源，经过多方调研，团队形成了明确的创业思路。”谢会开教授说。
完成加工工艺，等待释放和划片的MEMS微镜芯片晶圆
项目以低温漂高精度的MEMS微镜芯片为核心产品，以芯片设计和封测为主要业务，团队不断优化结构设计，提高芯片稳定性，设计推出了面向虚拟现实、增强现实、3D相机、激光投影等多重应用场景的系列化产品。目前，芯片产品已具备量产能力，MEMS微镜芯片出货近万颗，申请多项发明专利。
核心产品MEMS微镜芯片研发成功后，“光芯绘影”团队并未停止前进的脚步，而是向着更高的山峰进发。经过大量走访调研交流，“光芯绘影”团队瞄准产业链需求又开发了3D结构光投影方案，用户可以根据自身需求便捷地开发各种应用产品。
大众创业、万众创新，道阻且长、行则至远。未来，“光芯绘影”团队将以领先的技术优势、先进的运营模式、优秀的团队成员为支撑，向着创业的蓝海远航，在新时代浪潮中奋进！
附团队简介：
“光芯绘影” 团队师生均来自乐动（中国）集成电路与电子学院，指导教师是谢会开、周文彪、王晓毅。团队自主研发了系列化低温漂、高稳定性的MEMS微镜芯片，并基于MEMS微镜芯片开发了一套高精度、小体积、低成本、高稳定性的3D激光投影模块，提出了从硬件到算法的三维点云重建全流程解决方案。
