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高光谱成像为机器装上“透视眼”

黄锦标展示微型高光谱成像MEMS芯片和镜头模组。

深圳商报首席记者 王海荣

给苹果照相,根据照片就能快速检测出苹果的糖分、卡路里、水分、软硬程度等肉眼看不到的指标。让机器拥有一双具备四维空间透视眼的幕后功臣,是高光谱成像技术。

“为收集信息的智能传感器安装‘心脏’,这是未来万物互联时代的基本动作。”6月15日,深圳市海谱纳米光学科技有限公司CEO黄锦标向记者展示了不同波段的高光谱成像MEMS(微机电系统)芯片,其大小与指甲盖类似。

“将它们搭载不同的模组,就能为智能终端设备装上一双透视眼。”黄锦标说。

除了逻辑芯片、模拟芯片、存储芯片等传统芯片类别之外,近年来,人工智能和物联网正带来全新的芯片需求。其中,用半导体技术在硅片上制造纳米级别的电子机械系统,将外界的物理、化学信号转换成电信号,这就是物联网时代备受关注的MEMS芯片。它涉及电子、机械、材料、信息与自动控制、物理、化学和生物等多种学科,可以把不同功能的多个传感器或执行器集成于一体。

黄锦标手中的高光谱成像芯片就属于MEMS芯片。其背后的高光谱成像技术将成像技术与光谱技术相结合,通过探测目标的一维光谱信息和二维几何空间信息,可获得每个物体独一无二的“光谱纹”。基于分析光谱信息,高光谱技术可实现对物质成分的直接检测。

针对传统高光谱相机体积庞大、价格昂贵、无法批量生产等业界难题,海谱纳米光学专“啃”微型高光谱成像MEMS芯片研发的“硬骨头”。2019年成立之初就开启了首款微型高光谱成像MEMS芯片的研发设计与流片,次年成功开发出第二款微型高光谱成像MEMS芯片样片。

今年初,海谱纳米光学正式量产了第一代微型高光谱成像MEMS芯片,填补了国内在该领域的空白,并成功研发出体积仅为传统产品千分之一的高光谱相机微型模组。5月,海谱纳米光学正式推出可见-近红外高光谱工业相机、短波红外高光谱工业相机、高光谱相机微型模组、超薄高光谱相机微型模组等多款产品。

黄锦标向记者展示了高光谱成像技术在医疗健康、食品安全、工业视觉检测、环境监测、物联网、自动驾驶、AR/VR等领域的超强本领。

其中,高光谱成像技术可以准确获取皮肤中血红蛋白、黑色素、含氧度、水分等信息,及时检测皮肤健康状态。基于高光谱信息,高光谱成像技术可以准确检测果蔬中农残含量、甜度、水分等信息。高光谱环保水质监测相机+数字化解决方案可实现可视化水质实时跟踪检测。

黄锦标坦承,MEMS芯片具有个性化、分散化特点,与生产工艺高度标准化的集成电路芯片不同,这种非标化特征是困扰行业迅速做大的软肋。

“但这也给我们实现弯道超车提供了契机。”黄锦标认为,一方面,MEMS芯片还没有形成通用制造流程,技术更新换代缓慢,比拼的是熟练工艺。另一方面,产品个性化带来广阔的细分市场,单一公司难以实现垄断,我国丰富的市场应用场景能够加快0—1—N的进程。

值得注意的是,《深圳市国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标纲要》在关键核心技术攻关重点领域中,也明确提出在集成电路领域重点围绕芯片架构等开展技术攻关,发展绝缘栅双极型晶体管、微机电系统等特色工艺,发展碳化硅等化合物半导体。

这显然给了黄锦标和创业伙伴更强的信心。

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