【新聞特寫】這顆北理“芯”駕馭光影，打造3D“智慧眼”！
發布日期：2022-12-02 供稿：集成電路與電子學院、黨委宣傳部 攝影：集成電路與電子學院
編輯：吳楠 審核：武楠、劉曉俏 閱讀次數：黨的二十大報告深刻指出，教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐。必須堅持科技是第一生產力、人才是第一資源、創新是第一動力，深入實施科教興國戰略、人才強國戰略、創新驅動發展戰略，開辟發展新領域新賽道，不斷塑造發展新動能新優勢。
在偌大的車間里，多條生產線正緊鑼密鼓地高效運轉，卻鮮有工人在機器之間穿梭，一部部機器人正代替人力在流水線上完成工作任務。機器人結構龐大，但并不“莽撞”，它能快速洞察零部件外形，精準地完成定位、抓取、裝配、焊接等工作，是什么讓機器人“看得見”？答案就藏在機械臂里一枚小巧的MEMS微鏡芯片上。那么，這樣一枚小小的芯片是如何誕生的呢？又有哪些強大的功能？
亮相成就展
日前，由北京理工大學集成電路與電子學院“光芯繪影”學生團隊研制的微機電系統（MEMS）微鏡芯片，亮相“奮進新時代”主題成就展，吸引了眾多參觀者。它僅有米粒大小的身軀，卻可投射數千編碼條紋，重建零部件信息，給機器帶來最真實的感知。
“芯片能以超高速度將結構光投影在物體表面，為機器人視覺識別提供光學基礎，構建廣闊視野，在智慧物流、刑偵采集、醫療診斷等領域得到廣泛應用。”團隊負責人、集成電路與電子學院2020級碩士研究生張瑞浩說。這枚小小的芯片在物流、刑偵、醫療等領域成為了機器感知世界的“慧眼”！
芯片誕生記
“光芯繪影”團隊學生合影（左起為陳靜怡、屈家生、張瑞浩、趙之昊、賈云飛）
現代工業自動化技術包含感知、檢測等環節，和工業3D相機密不可分。與傳統的2D相機相比，3D相機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，被廣泛地應用于工業制品的表面缺陷檢測。如工業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相機根本無法分辨出來，而結構光3D相機可以獲取金屬表面的深度信息，獲得三維數據，進而分辨出表面劃痕位置。
MEMS芯片作為3D相機的核心器件，將結構光投影到物體表面，通過感知算法解算結構光的形變，3D相機便可構建出三維信息。
“目前我國結構光3D投影芯片技術仍與世界先進水平存在差距，且存在溫漂大、體積大、精度低等不足。以MEMS微鏡芯片研發為突破口，開拓一條3D結構光投影芯片生產新路徑，成為了我們科研的目標。”張瑞浩說。MEMS微鏡芯片在3D結構光投影方面有著先天的技術優勢，其體積小、視場可靈活調整的特點使光學系統設計大大簡化，從而降低成本，適合大規模推廣。
張瑞浩帶領團隊在學院謝會開、周文斌、王曉毅老師的指導下，依托北京理工大學i2MEMS實驗室和北京理工大學重慶微電子研究院多年研究積累的基礎上，針對現有應用方案的局限性，瞄準芯片體積、溫度漂移、角度檢測三大技術難點，開展科研攻關。
2022年5月，團隊成員在蘇州納米所測試間使用顯微鏡檢測芯片
“攻克技術難題，需要學生具備扎實的專業基礎，同時也要充分了解市場需求。”謝會開教授非常注重學生基礎知識的積累和動手能力的培養，促進學生將理論與實踐有機結合，知行合一。此外，在開展科研攻關的同時，謝會開等老師帶領學生廣泛調研市場需求，與十余家3D視覺廠家進行溝通，充分了解產業痛點和難點。
在教師和團隊成員共同努力下，在先進科研平臺的支撐下，團隊創新性地提出了新型微鏡梳齒結構，開發出電容式角度檢測技術，攻克了低溫漂芯片和高精度檢測兩大核心技術，顯著減小了諧振角度漂移，提升了溫度穩定性。
小芯片發揮大作用
實現技術突破后，團隊著眼長遠，面向國家重大需求，聚焦《“十四五”智能制造發展規劃》中智能制造裝備領域開展了“光芯繪影”創業項目。“科研成果要真正服務于人民生產生活，在解決技術難題的基礎上，我們開始思考如何進行成果轉化，推進創新創業項目。依托i2MEMS實驗室、北理工重慶微電子研究院等豐富的資源，經過多方調研，團隊形成了明確的創業思路。”謝會開教授說。
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微鏡芯片為核心產品，以芯片設計和封測為主要業務，團隊不斷優化結構設計，提高芯片穩定性，設計推出了面向虛擬現實、增強現實、3D相機、激光投影等多重應用場景的系列化產品。目前，芯片產品已具備量產能力，MEMS微鏡芯片出貨近萬顆，申請多項發明專利。
核心產品MEMS微鏡芯片研發成功后，“光芯繪影”團隊并未停止前進的腳步，而是向著更高的山峰進發。經過大量走訪調研交流，“光芯繪影”團隊瞄準產業鏈需求又開發了3D結構光投影方案，用戶可以根據自身需求便捷地開發各種應用產品。
大眾創業、萬眾創新，道阻且長、行則至遠。未來，“光芯繪影”團隊將以領先的技術優勢、先進的運營模式、優秀的團隊成員為支撐，向著創業的藍海遠航，在新時代浪潮中奮進！
附團隊簡介：
“光芯繪影” 團隊師生均來自北京理工大學集成電路與電子學院，指導教師是謝會開、周文彪、王曉毅。團隊自主研發了系列化低溫漂、高穩定性的MEMS微鏡芯片，并基于MEMS微鏡芯片開發了一套高精度、小體積、低成本、高穩定性的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。
