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在您的印象中，一个 9 厘米长、5 厘米宽、5一个5厘米高的“小盒子”能派上用场吗？
北京理工大学（以下简称北京微电子学院）重庆微电子研究所所长谢惠凯教授团队给出了答案——用这个半个手掌大小的“小盒子”，可以实现对水质、食品新鲜度、营养成分、药物成分等的高效检测。
记者了解到，该成果结合了小型化、集成化、量产的特点，体积较传统产品减少一个数量级，响应速度提升一个数量级; 同时，下游使用成本可大幅降低，有望在年内实现量产上市。
也就是说，这个“小盒子”在技术上处于国际领先水平，比同类进口产品有很大的优势; 与以往同类产品相比，应用场景更多。 以水质检测为例，仅需10秒即可获得准确的结果，也可根据用户需求定制，可在食品、农业、石化等领域进行无损实时检测。
这些好消息就像一串串璀璨的珍珠，紧紧地连接在一起，形成一个闪亮的脚印。 这一足迹生动地展示了西部（重庆）科学城集成电路产业的发展。
将尺寸减小一个数量级，使设备更便携
春天，万物发芽。 西部（重庆）科学城的多项科研成果也开始显现。
北立微电子研究所. 摄影：雷健。
就像这个“小盒子”一样，是北京微电子研究所的研发成果——MEMS微傅里叶变换近红外光谱仪（以下简称微型FTS光谱仪），可以无损、实时、最高水平地检测有机物的成分和含量。
“小盒子”有多小？
谢惠凯教授直言不讳地说：“已经实现了一个数量级的减少。 传统上生产相同的傅里叶变换光谱仪，仅核心部件就大约相当于一个 24 英寸的手提箱大小。而微型FTS光谱仪只有女性手掌的一半大小，重量仅为370克
微型FTS光谱仪。 照片由受访者提供。
这款重量不到1公斤的微型FTS光谱仪，并没有在实验室里“休养生息”，而是在实际应用中“测试”了半年。
光谱水质分析的所有设备都在这里面，“科学城石班镇污水处理厂负责人郑元良一边说，一边打开排水井旁边自动采样装置的柜门。 记者看到，同一楼层的柜子里，微型FTS光谱仪、工控机、样品池、水泵等设备正在检测水质。
使用传统方法，水厂需要 2 小时才能获得测试数据。 但对于这个在工厂“上岗”半年的“小个子”，郑元良却很满意。 他说：“它很小，但它有很多好东西。 有了这台设备，分析数据不仅快速而且精度高，产生的废液减少了，这意味着我们大大降低了成本性价比远高于100多万台进口设备
北京微电子研究所光学工程师陈超补充道，“我们的光谱仪每10秒就能产生一个有效的光谱数据，近半年来已经收集和处理了4000多个样本数据，有效缩短了水质指标检测的时间，可以抢占宝贵的时间进行应急工作，避免污染范围扩大。 ”
谢慧凯教授（左一）在实验室与团队成员讨论工作。 照片由受访者提供。
此外，该仪器还采用：全球首创超大位移电热MEMS微镜，独特的光学设计，大大提高了傅里叶变换光谱仪的分辨率基于MEMS技术的微光谱仪核心芯片取得了国际领先地位
在短短两年半的时间里，北京微电子研究所已经成为中国最前沿的MEMS研究试点平台之一。目前正在建设MEMS先进微纳工艺研究中心是国内唯一掌握全驱动机构MEMS微镜设计和工艺的科研机构
速度提升一个数量级，更好地赋能大行业
全球首台超大位移电热MEMS显微镜“是这款拥有完全自主知识产权的光谱仪的”心脏“，该研发技术处于国际领先水平。
芯片的稳定性是整个系统稳定性的重要保证。 为了让这颗“心脏”的稳定性保持在最佳状态，团队的很多核心成员从2008年开始就一直在寻找合适的芯片材料。 经过无数个日日夜夜的实验，他们终于从大量的替代材料中找到了满足他们要求的金属和介电双材料的组合。
Micro FTS光谱仪核心。 摄影：雷健。
需要注意的是，对于MEMS微镜来说，它们的性能和特性很大程度上取决于驱动模式。 常见的静电驱动器和电磁驱动器各有优缺点，但团队经过反复实验，最终选择了电热作为动力源。 所谓电热驱动，其实就是利用材料的热胀冷缩，日常使用中的水银温度计就是一个很好的例子。
薛媛正在操作仪器。 照片由受访者提供。
团队先后完成了从芯片和模块到系统核心技术的研发，再到整机软件和算法的开发，全部自主研发。 “现在芯片对驱动信号的响应时间，从最初的 01 秒已增加到 0 秒01秒。 实现了一个数量级的改进。该研究院MEMS高级研发工程师薛媛继续说道，“除了响应速度快之外，这种驱动方式还可以保证微镜在其他应用场景中也能实现快速转换，可以应用于更广泛的场景。 ”
在这里，不仅是“时间”，而且长度和体积的测量单位都变得“微型”。
“为什么要把事情做小？ ”
中国必须拥有带有自己印记的MEMS芯片。 谢慧凯教授的回答很响亮，“其次，是因为随着万物互联和人工智能的兴起，基于MEMS技术的集成电路市场需求不断扩大。 ”
北京微电子研究所研发人员。 照片由受访者提供。
与谢慧凯教授有类似国外学习经历的薛元直言不讳地说，“中国在应用方面并不缺乏经验和创新，但缺少的是核心芯片。 我们的任务是基于MEMS技术构建和构建核心芯片。 ”
正是带着这样的感情和信念，经过长期的传承，他们不断在毫米级和微米级之间“计算”，最终使产品集体积小、功耗低、速度快、可靠性高、成本低等优点于一身。
而这个结果，正是北立微电子研究院的初衷。 “重庆根，北力芯”是为智能制造装备而努力智能制造、自动驾驶、人工智能和其他字段，用于工业机器人、工业缺陷检测、无人物流设备配备超高精度“眼睛”。
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