雙光束激光納米直寫技術—智能傳感的研究

據悉，理解視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺這五種感官仍然是神經科學的前沿領域。之江實驗室的科學家們(men) 正在開發一係列低成本、節能的傳(chuan) 感器，以及先進的智能傳(chuan) 感技術。

之江實驗室成立於(yu) 2017年，坐落於(yu) 杭州城西科創大走廊核心地帶，是浙江省委、省政府深入實施創新驅動發展戰略、探索新型舉(ju) 國體(ti) 製浙江路徑的重大科技創新平台。2021年，之江實驗室納入國家實驗室體(ti) 係。實驗室以“打造國家戰略科技力量”為(wei) 目標，由浙江省人民政府主導舉(ju) 辦，實行“一體(ti) 兩(liang) 核多點”的運行架構，主攻智能感知、人工智能、智能網絡、智能計算和智能係統五大科研方向，重點開展前沿基礎研究、關(guan) 鍵技術攻關(guan) 和核心係統研發，建設大型科技基礎設施和重大科研平台，搶占支撐未來智慧社會(hui) 發展的智能計算戰略高點。

劉教授、鄺教授及其團隊成員開發了用於(yu) 傳(chuan) 感器打印的高通量3D納米分辨率激光直寫(xie) 機

智能傳(chuan) 感

之江實驗室正在進行將類似人類的感知集成到傳(chuan) 感設備中的新型傳(chuan) 感器技術和信號處理的先進結合。

理解視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺這五種感官仍然是神經科學的前沿領域。為(wei) 了探索這些過程，研究人員經常嚐試模擬自然。

例如，20世紀50年代，康奈爾大學(Cornell University)已故心理學家弗蘭(lan) 克·羅森布拉特(Frank Rosenblatt)模仿蒼蠅眼睛中的布線和處理過程，製造了一個(ge) 充滿迷宮般的電線和電子設備的設備，稱為(wei) 感知器。像這樣的研究，現在由先進的計算提供動力，正在創造一個(ge) 名為(wei) 智能傳(chuan) 感的新研究領域，許多科學家在中國杭州的之江實驗室探索這個(ge) 領域。

之江實驗室智能傳(chuan) 感研究所所長劉旭說:“智能傳(chuan) 感是對人類感知周圍物體(ti) 和環境的感知模式的模仿和近似。“人類的視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺都有自己的神經網絡，它們(men) 都以特定的方式計算。它不僅(jin) 是機械的感知過程，而且是物理感知、神經信息處理和大腦皮層識別的結合，形成了人類對周圍環境的認知。”

製造更智能的傳(chuan) 感器

智能傳(chuan) 感的進步很大程度上依賴於(yu) 更先進的傳(chuan) 感器，比如由傳(chuan) 統數字傳(chuan) 感器與(yu) 信號處理電路和計算存儲(chu) 器結合而成的所謂智能傳(chuan) 感器。“這些類型的傳(chuan) 感器將很快進入市場，但它們(men) 隻能被視為(wei) 智能傳(chuan) 感器的初步類型，”劉教授說，因為(wei) 更智能的傳(chuan) 感器還在開發中。

之江實驗室的科學家們(men) 正在開發一係列低成本、節能的傳(chuan) 感器，以及先進的智能傳(chuan) 感技術。“在之江實驗室強大的人工智能研究基礎上，我們(men) 將專(zhuan) 注於(yu) 開發模仿人類五感的智能視覺、聽覺、嗅覺、味覺和觸覺傳(chuan) 感器，這可以提供變革性的技術和設備，如未來的人形機器人、聚合媒體(ti) 技術和新的人機交互界麵。此外，這些傳(chuan) 感器將推動信息技術的發展達到更高的水平，”劉教授解釋道。

例如，這些科學家模仿聽覺感知，在顯微鏡中集成了一個(ge) 20 MHz - 120 MHz的超聲波換能器，可以對1厘米深的樣品進行成像，分辨率小於(yu) 10 μm。在視覺傳(chuan) 感領域，之江實驗室的科學家們(men) 正在研究應用於(yu) 體(ti) 內(nei) 亞(ya) 細胞病理學研究和多器官診斷和治療的技術。最後，在努力複製觸覺的過程中，這些科學家還開發了一種基於(yu) 微納米纖維的智能觸覺傳(chuan) 感係統，該係統可以對壓力、滑動、溫度、濕度和角度做出準確的反應。

製造更好的傳(chuan) 感器

雖然承認這些突破刺激了現有傳(chuan) 感器的發展，如電荷耦合器件(ccd)和互補金屬氧化物半導體(ti) (CMOS)芯片，但研究人員可以相信，未來的傳(chuan) 感器將更加先進。

劉教授說:“我們(men) 把目前的CCD和CMOS圖像傳(chuan) 感器稱為(wei) 工業(ye) 時代的視覺傳(chuan) 感器，我們(men) 希望開發新型的視覺、嗅覺、味覺和觸覺傳(chuan) 感器，我們(men) 將其定義(yi) 為(wei) 仿生智能傳(chuan) 感器。”“因此，我們(men) 設計並建造了之江實驗室智能感知設施，這是一個(ge) 用於(yu) 智能傳(chuan) 感器研發的大型科技基礎設施。”

這一研發設施將使之江實驗室的科學家能夠在智能傳(chuan) 感的各個(ge) 方麵開展工作。劉教授解釋道:“構建全鏈智能傳(chuan) 感器研發平台，能夠將五感傳(chuan) 感材料、大規模陣列高速讀出電路、基於(yu) 類人神經網絡的智能芯片等進行融合，支持類人五感器件的創造，形成新的智能傳(chuan) 感係統，為(wei) 更高效、更穩健的機器智能服務。”

科研成果

高通量光學納米光刻與(yu) 成像裝置

以雙光束激光納米直寫(xie) 技術為(wei) 核心，突破激光直寫(xie) 突破衍射極限、複雜納米結構大麵積製備及多通道高速成像這三個(ge) 科學問題，已完成單路激光直寫(xie) 係統光學調製模塊的係統搭建，實現了亞(ya) 50nm的結構刻寫(xie) 精度與(yu) 25nm的懸浮線刻寫(xie) ，在微納加工與(yu) 製造領域達到國際先進水平，為(wei) 我國在傳(chuan) 感器領域支撐生命科學、材料科學等領域科學問題的研究提供有效的儀(yi) 器和設備平台。

基於(yu) 光動量效應的極弱力與(yu) 加速度測量科學裝置

麵向非牛頓引力、卡西米爾效應等世界科技前沿與(yu) 量子慣性導航國家重大需求，建立了光動量傳(chuan) 感理論模型、指標體(ti) 係和評測方法，突破了高真空光阱穩定懸浮、亞(ya) 皮米級三軸解耦位置探測、毫開爾文級敏感單元質心運動冷卻等關(guan) 鍵技術，開發了光動量傳(chuan) 感仿真軟件、真空控製係統、傳(chuan) 感信號處理係統等支撐係統，完成之江實驗室第一代極弱力與(yu) 加速度科學裝置研製，實現極弱力探測靈敏度達3.4×10-19N/Hz1/2、分辨率達4.6×10-21N，核心指標居國際先進水平。

之江實驗室智能感知研究院類人感知研究中心科研動態

之江實驗室軟體(ti) 光致動器研究成果登上《自然》子刊

“你相信光嗎？”

在腔道縱橫的人體(ti) 內(nei) 自由潛行，

充當患者複原的外骨骼，

在微米尺度上抓取任意細胞……

之江實驗室最新研究成果表明：

“一束光”的驅動蘊含巨大應用潛力。

1月18日，《自然通訊》（Nature Communications）刊發了之江實驗室最新研究成果“基於(yu) 微納光纖的光波導型軟體(ti) 光致動器”（Optical fibre taper-enabled waveguide photoactuators），展示了提升光致動器變形性能的新思路。之江實驗室類人感知研究中心肖建亮博士為(wei) 論文第一作者，之江實驗室類人感知研究中心張磊教授、楊文珍教授，浙江大學王攀研究員為(wei) 共同通訊作者。

之江實驗室類人感知研究中心肖建亮博士

“軟體(ti) 致動器”是什麽(me) ？

也許你對它感到陌生，但它在人工肌肉、物體(ti) 抓取、仿生運動等領域已經展現出“過人”的應用優(you) 勢。

軟體(ti) 致動器+光=？

憑借遠程傳(chuan) 輸便利、多參數可調等優(you) 勢，大自然中隨處可見的空間光成為(wei) 主流驅動方式之一，被學界和工業(ye) 界寄予厚望。

然而，自由空間光驅動存在一些與(yu) 生俱來的缺陷：容易被物體(ti) 遮擋，在體(ti) 內(nei) 腔道、彎曲管道等光線無法直達的場景內(nei) 難以工作；長距離傳(chuan) 輸受散射、折射影響大，導致遠距離隔空照射精準定位難、光強波動大；如果要精準控製運動中的物體(ti) ，操作光束的難度就更大了。

采用柔性光波導，將光引導到致動器內(nei) ，是解決(jue) 空間光型致動器在複雜開放場景下應用難題的新思路。

光波導型致動器的材料選擇，一般采用技術相對成熟的普通商用光纖。但商用光纖整體(ti) 厚度大（直徑多在125微米）、光耦合效率低、能量密度低，導致其變形幅度小、速度慢，無法滿足很多實際應用需求。如果1毫瓦的微弱光線經由100微米以上的光纖傳(chuan) 導至致動器，光的能量密度並不高，且會(hui) 因為(wei) 光纖和光響應材料的尺寸不匹配，導致不少能量散失。

作為(wei) 一支擁有光學和材料學交叉學科背景的團隊，之江實驗室類人感知研究中心的觸覺感知研究團隊提出了一個(ge) 假設：能否用微納光纖“破題”柔性光致動器？

在項目負責人張磊教授的啟發與(yu) 指導下，肖建亮與(yu) 團隊成員在10個(ge) 月內(nei) 就得出了主體(ti) 數據，最終成功將這一創新性設想付諸實踐。現在，眼前這個(ge) 長3厘米，寬0.5毫米的微小裝置就是團隊鏖戰一年半的成果。