集成MEMS微振鏡的3D相機(jī)，讓智能裝備看得“清”

伴隨著以AIGC、ChatGPT等為代表的新興AI技術(shù)的應(yīng)用與普及，人工智能等行業(yè)必將迎來快速發(fā)展。如果說GPT等大模型是“大腦”，那3D視覺感知器件就是“眼睛”。隨著技術(shù)的發(fā)展，科研人員給這只“眼睛”賦予了新的技能。例如在縮小產(chǎn)品體積的同時，又將精密儀器的精度發(fā)揮到極致。

把只有半個米粒大小的可動光學(xué)“振鏡”，集成到指甲蓋大小的“MEMS微振鏡芯片”上，并讓其在一定角度內(nèi)進(jìn)行可控振動；再把這些芯片與光機(jī)電集成為手掌大小的光電模組，即可實現(xiàn)對前方物體的高速掃描并形成3D點云。這個“小”而“精”的“眼睛”模組，就是讓智能裝備看得“清”、更看得“懂”世界的核心。

▲左上：高精度MEMS微振鏡芯片；右上：模組（部分）；下：投影模塊。受訪單位 供圖

而這“眼睛”的制造者之一，就是北京理工大學(xué)重慶微電子研究院的科研人員。

01納米尺度的微觀世界，Ta看得清！

MEMS芯片技術(shù)，是納米尺度的微觀世界，是可將芯片、微納制造與微機(jī)械系統(tǒng)融合的前沿技術(shù)。同時，基于光刻、刻蝕等傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)，融入超精密機(jī)械加工，在結(jié)合力學(xué)、化學(xué)、光學(xué)等學(xué)科知識和技術(shù)基礎(chǔ)，使得一個毫米乃至微米尺度上的芯片結(jié)構(gòu)都具備精確而完整的機(jī)械、化學(xué)、光學(xué)或聲學(xué)等特性。

當(dāng)前，在集成電路行業(yè)不斷發(fā)展的背景下，傳統(tǒng)的集成電路無法持續(xù)地滿足終端領(lǐng)域日益變化的需求，而基于集成電路的MEMS芯片技術(shù)則具有更多更強(qiáng)的性能，如，高精度測量、微型化、智能化、輕量化等優(yōu)點，可以廣泛應(yīng)用在智能制造、自動駕駛、人工智能等多個領(lǐng)域。

在位于西部（重慶）科學(xué)城的北京理工大學(xué)重慶微電子研究院（以下簡稱北理微電院），MEMS技術(shù)成果轉(zhuǎn)化初具雛形。據(jù)了解，依托北京理工大學(xué)集成電路專業(yè)的學(xué)術(shù)優(yōu)勢和西永微電園雄厚的微電子產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，北理微電院的“6寸MEMS研發(fā)線”將在今年上半年完成設(shè)備裝調(diào)并開始MEMS工藝流片，可為MEMS、集成無源器件、太赫茲器件、CMOS可重構(gòu)芯片、新型半導(dǎo)體材料生長等領(lǐng)域提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。值得一提的是，今年下半年，北理微電院的多項MEMS技術(shù)成果將向市場推廣。

“這個3D工業(yè)相機(jī)，我們研究院具有完全知識產(chǎn)權(quán)，是基于我們自主研發(fā)的MEMS微鏡芯片技術(shù)研制而成。”研究院副院長姜森林繼續(xù)介紹，“MEMS微鏡在激光投影、光學(xué)顯微成像、光學(xué)傳感、光通信、顯示、光譜分析等應(yīng)用具有很廣的需求，是光學(xué)應(yīng)用必不可少的關(guān)鍵光學(xué)元器件?！?/p>

02每一次攻關(guān)，都是讓技術(shù)更好服務(wù)生活

誠然，這樣的高精尖技術(shù)總是鼓舞人心的，

但怎么讓技術(shù)完成轉(zhuǎn)化，走向市場？

——不斷攻克難題、解決問題，

他們給出的答案。

3D工業(yè)相機(jī)可廣泛用于人臉識別、零件智能裝配、工件缺陷檢測、物料建模等工業(yè)智能裝備場景。北理微電院所研發(fā)的3D工業(yè)相機(jī)集成了MEMS微型結(jié)構(gòu)光投影模組和普通相機(jī)，通過解析投射條紋的形變即可獲取物體的三維坐標(biāo)信息。

為了能夠讓智能設(shè)備終端獲取更多精準(zhǔn)的三維、距離等信息，北理微電院的智能微系統(tǒng)研究室主任王東琳，帶領(lǐng)科室十多名科研人員在短短兩個月內(nèi)就攻克了一個技術(shù)難題——如何在不改變MEMS芯片結(jié)構(gòu)的前提下，準(zhǔn)確判斷振鏡的運動方向和規(guī)律。

“和常規(guī)增加激光傳感器的做法不同，我們是用一套完全自主的算法來解決這個問題的?！睋?jù)了解，王東琳團(tuán)隊的這次攻關(guān)，既節(jié)約了改造芯片的時間和經(jīng)濟(jì)成本，又保證了整機(jī)的體積不會變大，還為北理微電院在3D相機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步探索奠定了很好的基礎(chǔ)?！拔矣X得，最重要的不是解決了這個問題，而是解決這個問題的思維方式。這一點對我們今后的研究是很有意義的。”王東琳說。

隨著萬物互聯(lián)與人工智能的興起，MEMS產(chǎn)品種類增加、市場規(guī)模擴(kuò)大。北理微電院立足學(xué)科優(yōu)勢，正在致力于建設(shè)中國西部MEMS研發(fā)+產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新策源地。正在緊密鑼鼓進(jìn)行設(shè)備調(diào)試的北理微電院先進(jìn)微納工藝研究中心，將于今年7月開始正式流片。屆時西部科學(xué)城將實現(xiàn)MEMS微納技術(shù)研發(fā)與制造的全程產(chǎn)業(yè)鏈。

“下一步，我們研究院將瞄準(zhǔn)微電子領(lǐng)域發(fā)展前沿和國家重大需求，借助科學(xué)城的資源優(yōu)勢，聚焦MEMS優(yōu)勢方向，加速創(chuàng)新成果在智能制造、智能汽車等領(lǐng)域的落地轉(zhuǎn)化。我們研究院的宗旨是：建設(shè)先進(jìn)微納制造平臺，引領(lǐng)智能感知前沿。” 北理微電院院長謝會開表示。

審核編輯 ：李倩