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在您的印象中，乙個 9 厘公尺長、5 厘公尺寬、5乙個5厘公尺高的“小盒子”能派上用場嗎？
北京理工大學（以下簡稱北京微電子學院）重慶微電子研究所所長謝惠凱教授團隊給出了答案——用這個半個手掌大小的“小盒子”，可以實現對水質、食品新鮮度、營養成分、藥物成分等的高效檢測。
記者了解到，該成果結合了小型化、整合化、量產的特點，體積較傳統產品減少乙個數量級，響應速度提公升乙個數量級; 同時，下游使用成本可大幅降低，有望在年內實現量產上市。
也就是說，這個“小盒子”在技術上處於國際領先水平，比同類進口產品有很大的優勢; 與以往同類產品相比，應用場景更多。 以水質檢測為例，僅需10秒即可獲得準確的結果，也可根據使用者需求定製，可在食品、農業、石化等領域進行無損實時檢測。
這些好訊息就像一串串璀璨的珍珠，緊緊地連線在一起，形成乙個閃亮的腳印。 這一足跡生動地展示了西部（重慶）科學城積體電路產業的發展。
將尺寸減小乙個數量級，使裝置更便攜
春天，萬物發芽。 西部（重慶）科學城的多項科研成果也開始顯現。
北立微電子研究所. 攝影：雷健。
就像這個“小盒子”一樣，是北京微電子研究所的研發成果——MEMS微傅利葉變換近紅外光譜儀（以下簡稱微型FTS光譜儀），可以無損、實時、最高水平地檢測有機物的成分和含量。
“小盒子”有多小？
謝惠凱教授直言不諱地說：“已經實現了乙個數量級的減少。 傳統上生產相同的傅利葉變換光譜儀，僅核心部件就大約相當於乙個 24 英吋的手提箱大小。而微型FTS光譜儀只有女性手掌的一半大小，重量僅為370克
微型FTS光譜儀。 照片由受訪者提供。
這款重量不到1公斤的微型FTS光譜儀，並沒有在實驗室裡“休養生息”，而是在實際應用中“測試”了半年。
光譜水質分析的所有裝置都在這裡面，“科學城石班鎮汙水處理廠負責人鄭元良一邊說，一邊開啟排水井旁邊自動取樣裝置的櫃門。 記者看到，同一樓層的櫃子裡，微型FTS光譜儀、工控機、樣品池、水幫浦等裝置正在檢測水質。
使用傳統方法，水廠需要 2 小時才能獲得測試資料。 但對於這個在工廠“上崗”半年的“小個子”，鄭元良卻很滿意。 他說：“它很小，但它有很多好東西。 有了這台裝置，分析資料不僅快速而且精度高，產生的廢液減少了，這意味著我們大大降低了成本價效比遠高於100多萬台進口裝置
北京微電子研究所光學工程師陳超補充道，“我們的光譜儀每10秒就能產生乙個有效的光譜資料，近半年來已經收集和處理了4000多個樣本資料，有效縮短了水質指標檢測的時間，可以搶占寶貴的時間進行應急工作，避免汙染範圍擴大。 ”
謝慧凱教授（左一）在實驗室與團隊成員討論工作。 照片由受訪者提供。
此外，該儀器還採用：全球首創超大位移電熱MEMS微鏡，獨特的光學設計，大大提高了傅利葉變換光譜儀的解像度基於MEMS技術的微光譜儀核心晶元取得了國際領先地位
在短短兩年半的時間裡，北京微電子研究所已經成為中國最前沿的MEMS研究試點平台之一。目前正在建設MEMS先進微納工藝研究中心是國內唯一掌握全驅動機構MEMS微鏡設計和工藝的科研機構
速度提公升乙個數量級，更好地賦能大行業
全球首颱超大位移電熱MEMS顯微鏡“是這款擁有完全自主智財權的光譜儀的”心臟“，該研發技術處於國際領先水平。
晶元的穩定性是整個系統穩定性的重要保證。 為了讓這顆“心臟”的穩定性保持在最佳狀態，團隊的很多核心成員從2008年開始就一直在尋找合適的晶元材料。 經過無數個日日夜夜的實驗，他們終於從大量的替代材料中找到了滿足他們要求的金屬和介電雙材料的組合。
Micro FTS光譜儀核心。 攝影：雷健。
需要注意的是，對於MEMS微鏡來說，它們的效能和特性很大程度上取決於驅動模式。 常見的靜電驅動器和電磁驅動器各有優缺點，但團隊經過反覆實驗，最終選擇了電熱作為動力源。 所謂電熱驅動，其實就是利用材料的熱脹冷縮，日常使用中的水銀溫度計就是乙個很好的例子。
薛媛正在操作儀器。 照片由受訪者提供。
團隊先後完成了從晶元和模組到系統核心技術的研發，再到整機軟體和演算法的開發，全部自主研發。 “現在晶元對驅動訊號的響應時間，從最初的 01 秒已增加到 0 秒01秒。 實現了乙個數量級的改進。該研究院MEMS高階研發工程師薛媛繼續說道，“除了響應速度快之外，這種驅動方式還可以保證微鏡在其他應用場景中也能實現快速轉換，可以應用於更廣泛的場景。 ”
在這裡，不僅是“時間”，而且長度和體積的測量單位都變得“微型”。
“為什麼要把事情做小？ ”
中國必須擁有帶有自己印記的MEMS晶元。 謝慧凱教授的回答很響亮，“其次，是因為隨著萬物互聯和人工智慧的興起，基於MEMS技術的積體電路市場需求不斷擴大。 ”
北京微電子研究所研發人員。 照片由受訪者提供。
與謝慧凱教授有類似國外學習經歷的薛元直言不諱地說，“中國在應用方面並不缺乏經驗和創新，但缺少的是核心晶元。 我們的任務是基於MEMS技術構建和構建核心晶元。 ”
正是帶著這樣的感情和信念，經過長期的傳承，他們不斷在公釐級和微公尺級之間“計算”，最終使產品集體積小、功耗低、速度快、可靠性高、成本低等優點於一身。
而這個結果，正是北立微電子研究院的初衷。 “重慶根，北力芯”是為智慧型製造裝備而努力智慧型製造、自動駕駛、人工智慧和其他字段，用於工業機械人、工業缺陷檢測、無人物流裝置配備超高精度“眼睛”。
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