1.北理工團(tuán)隊(duì)在鐵電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究中取得重要進(jìn)展
2.北大電子學(xué)院彭超團(tuán)隊(duì)在手性激光領(lǐng)域取得重大進(jìn)展
3.中國(guó)科大在二維過渡金屬碳氮化物的可控制備方面取得重要進(jìn)展
4.北大團(tuán)隊(duì)獲ISCA最佳論文獎(jiǎng)，突破面向邊緣側(cè)LLM的DRAM近存計(jì)算架構(gòu)瓶頸
5.中國(guó)科大在類腦智能神經(jīng)形態(tài)器件領(lǐng)域取得新進(jìn)展
6.電子科技大學(xué)在觸覺智能感知器件與集成微系統(tǒng)領(lǐng)域取得重要研究成果
1.北理工團(tuán)隊(duì)在鐵電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究中取得重要進(jìn)展
近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院/材料學(xué)院/珠海校區(qū)的黃厚兵、王靜團(tuán)隊(duì)在鐵電拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，與清華大學(xué)南策文教授團(tuán)隊(duì)合作的研究成果《General principle of ferroelectric topological domain formation》于2025年6月18日正式發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Science Advances》上。這一成果系統(tǒng)揭示了鐵電材料中拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成的一般性原理，即“極化波疊加”原理。
該論文第一作者為北京理工大學(xué)王靜副教授、清華大學(xué)博士后&北京理工大學(xué)博士高榮貞、以及北京理工大學(xué)唐詩(shī)雨博士和董守哲博士，通訊作者為黃厚兵教授和南策文教授。澳大利亞伍倫貢大學(xué)張樹君教授也參與了研究和討論。北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院/材料學(xué)院碩士生梁岷川、楊佳、聶振月、王啟蒙、王鼎新，博士生楊華宇，博士后梁德山和Wael Ben Taazayet也參與了工作。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金基礎(chǔ)科學(xué)中心項(xiàng)目、面上項(xiàng)目，國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金等多個(gè)項(xiàng)目的資助。
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：從“人工設(shè)計(jì)”走向“自發(fā)形成”的新理解
拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如渦旋）在宇宙弦、液晶、鐵磁、鐵電、超導(dǎo)/超流玻色-愛因斯坦凝聚態(tài)、原子核等跨尺度體系中廣泛存在。鐵電渦旋因強(qiáng)極性各向異性導(dǎo)致的高能耗難以自發(fā)形成。人們通過設(shè)計(jì)對(duì)稱的電學(xué)和力學(xué)邊界條件來促進(jìn)納米尺度極化旋轉(zhuǎn)，以實(shí)現(xiàn)人工創(chuàng)建的鐵電渦旋結(jié)構(gòu)。關(guān)鍵策略有嚴(yán)格調(diào)控鐵電/介電超晶格原子堆疊、優(yōu)化鐵電納米晶體尺寸和長(zhǎng)寬比、調(diào)整鐵電自由層扭轉(zhuǎn)角度等。然而，目前渦旋形成的基本原理仍待進(jìn)一步探討。
波干涉可以生成多種拓?fù)湎蛄繉?shí)體，例如經(jīng)典電磁（光學(xué)）波、聲波、彈性波和水波中的渦旋。在鐵電材料中，正負(fù)電荷的分離形成偶極子，這些偶極子在周期性排列時(shí)會(huì)產(chǎn)生連續(xù)的極化波。受這些波之間相似性的啟發(fā)，該工作通過數(shù)學(xué)推導(dǎo)、相場(chǎng)模擬和角分辨壓電力顯微鏡實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：兩組正交的周期性極化波疊加可以自發(fā)誘導(dǎo)出鐵電渦旋和反渦旋結(jié)構(gòu)。相比以往對(duì)不同材料體系中“局部現(xiàn)象”的討論，本研究揭示了一個(gè)跨材料系統(tǒng)通用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形成原理，適用于鈦酸鋇（BaTiO?）、鉍鎢氧（Bi?WO?）、鐵酸鉍（BiFeO?）等典型的四方相（T）、正交相（O）、菱方相（R）等鐵電材料體系。
在該工作中，研究學(xué)者根據(jù)疇壁交叉組合類型對(duì)渦旋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分類，系統(tǒng)探索T、O和R相鐵電體中所有可能的渦旋結(jié)構(gòu)。
圖1. 通過疇壁交叉組合類型進(jìn)行渦旋分類。
證明了渦旋/反渦旋結(jié)構(gòu)可以通過兩個(gè)正交極化波的疊加形成，給出鐵電渦旋疇形成的定量數(shù)學(xué)表達(dá)。
圖2. 鐵電渦旋單元和2D、3D渦旋-反渦旋陣列的極化波疊加。
通過實(shí)驗(yàn)和相場(chǎng)模擬，疊加原理還可以用于解釋條紋疇和不規(guī)則的渦旋/反渦旋網(wǎng)絡(luò)的形成。
圖3. 極化波疊加形成條紋疇和渦旋-反渦旋網(wǎng)絡(luò)的相場(chǎng)模擬和實(shí)驗(yàn)觀察。
該“極化波疊加原理”不僅能夠解釋鐵電渦旋的形成，還可以推廣至多種已知及預(yù)測(cè)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括：1D結(jié)構(gòu)：Ising、Néel、Bloch型疇壁；2D結(jié)構(gòu)：merons、skyrmions等納米渦旋態(tài)；3D結(jié)構(gòu)：中心渦旋、Hopf環(huán)、Solomon環(huán)，甚至預(yù)測(cè)性提出Star of David rings結(jié)構(gòu)。
圖4. 極化波疊加原理擴(kuò)展到1D, 2D, 3D拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
這些研究結(jié)果推進(jìn)了對(duì)拓?fù)洚犘纬稍淼睦斫猓瑸橥負(fù)洚牻Y(jié)構(gòu)的構(gòu)建和調(diào)控提供了理論依據(jù)，也為鐵磁、液晶、超導(dǎo)體和超流體等領(lǐng)域的拓?fù)涔こ涕_辟了新路徑。
文章信息：
Jing Wang?，Rongzhen Gao?, Shiyu Tang?, Shouzhe Dong?, Minchuan Liang, Jia Yang, Huayu Yang, Zhenyue Nie, Deshan Liang, Qimeng Wang, Dingxin Wang, Wael Ben Taazayet, Shujun Zhang, Houbing Huang*, Ce-Wen Nan*. General principle of ferroelectric topological domain formation. Science Advances , 2025, 11(25), eadu6223.
文章鏈接：https://www.science.org/doi/full/10.1126/sciadv.adu6223（北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)院）
2.北大電子學(xué)院彭超團(tuán)隊(duì)在手性激光領(lǐng)域取得重大進(jìn)展
集體振蕩是多個(gè)獨(dú)立諧振體在相互作用下共同形成整體振蕩的現(xiàn)象，其整體的諧振特性與單個(gè)諧振體存在著顯著差異，體現(xiàn)了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主P. W. Anderson先生所述“多即不同”（more is different）的觀點(diǎn)。集成振蕩現(xiàn)象在光子、等離激元、量子等體系廣泛存在，一般用實(shí)空間中相互作用的諧振體系來構(gòu)造。然而，考慮到實(shí)空間和動(dòng)量空間的傅里葉對(duì)偶性（Fourier Duality），集體震蕩有望在動(dòng)量空間中引入相互作用來實(shí)現(xiàn)。近日，北京大學(xué)電子學(xué)院彭超團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所鄭婉華院士團(tuán)隊(duì)和澳大利亞國(guó)立大學(xué)Yuri Kivshar院士團(tuán)隊(duì)在《Nature Nanotechnology》發(fā)表了一項(xiàng)創(chuàng)新成果，觀測(cè)到了由邊界動(dòng)量散射誘導(dǎo)的集體導(dǎo)模共振（collective guided resonance, CGR）現(xiàn)象，并利用非對(duì)稱泵浦破缺鏡面對(duì)稱性，成功實(shí)現(xiàn)了手性激光發(fā)射。
圖1 集體導(dǎo)模共振
研究團(tuán)隊(duì)從實(shí)空間與動(dòng)量空間的傅里葉對(duì)偶性出發(fā)，設(shè)計(jì)了一種圓形邊界的有源光子晶體。在圓形邊界散射效應(yīng)作用下，原本獨(dú)立傳播的多個(gè)光子晶體導(dǎo)模發(fā)生各向同性耦合，進(jìn)而形成二重簡(jiǎn)并的集體導(dǎo)模共振態(tài)（collective guided resonances, CGRs）。在保持鏡面對(duì)稱下，兩個(gè)簡(jiǎn)并模式攜帶相反的手性渦旋。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)利用非對(duì)稱泵浦技術(shù)破缺手性對(duì)稱性，實(shí)現(xiàn)了手性渦旋激光的單模激射。團(tuán)隊(duì)成功觀測(cè)了實(shí)空間中心處強(qiáng)度為零的渦旋光束，并通過偏振分布及自干涉測(cè)量證實(shí)渦旋中心處純粹相位奇點(diǎn)，體現(xiàn)為自干涉條紋呈現(xiàn)為一對(duì)朝向相反的“叉”（fork）型圖案。上述結(jié)果證實(shí)了激光光束攜帶非零的手性軌道角動(dòng)量。
圖2 集體導(dǎo)模共振模式原理
圖3 手性渦旋激射特征
該研究解析了一類獨(dú)特的動(dòng)量空間整體振蕩現(xiàn)象，為“多即不同”這一著名論斷提供了又一實(shí)例，同時(shí)也為構(gòu)造實(shí)用的片上渦旋激光器提供了新方法。該論文于2025年7月1日發(fā)表在《Nature Nanotechnology》，詳情請(qǐng)見：https://www.nature.com/articles/s41565-025-01964-7。
北京大學(xué)電子學(xué)院博士生陳燁、中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所青年研究員王明金為共同第一作者，中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所鄭婉華院士、澳大利亞國(guó)立大學(xué)Yuri Kivshar院士、北京大學(xué)電子學(xué)院彭超教授為共同通訊作者。該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。（PKU電子學(xué)人）
3.中國(guó)科大在二維過渡金屬碳氮化物的可控制備方面取得重要進(jìn)展
二維過渡金屬碳化物和氮化物（MXenes）因其獨(dú)特的層狀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的物理化學(xué)性能，在能源存儲(chǔ)、催化和傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。MXene可以通過氫氟酸刻蝕MAX陶瓷來制備，然而傳統(tǒng)的合成方法面臨諸多挑戰(zhàn)（如刻蝕選擇性有限、結(jié)構(gòu)控制精度不足、制備周期長(zhǎng)，且需依賴強(qiáng)酸或強(qiáng)堿等苛刻環(huán)境，等），這嚴(yán)重制約了MXene的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用開發(fā)。因此，高效、安全、環(huán)境友好的大規(guī)模可控合成是實(shí)現(xiàn)MXenes新材料潛能的關(guān)鍵所在。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)團(tuán)隊(duì)基于理論篩選，提出了一種鹵素離子介導(dǎo)的水熱合成新方法，通過鹵化銨（如氟化銨）水熱刻蝕策略高通量合成了多種MXene。同時(shí)，利用鹵化銨與有機(jī)小分子插層劑的協(xié)同作用，通過原位水熱途徑實(shí)現(xiàn)了多種MXene異質(zhì)結(jié)衍生物的高效可控制備。相關(guān)研究成果以“Halogen Ion-Mediated Hydrothermal Synthesis of Diverse MXenes with Tailored Heterostructures”為題，6月25日發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》。
圖1：鹵化銨水熱刻蝕策略高通量合成MXenes示意圖
圖2：插層劑輔助的鹵化銨水熱策略高通量合成MXenes異質(zhì)結(jié)示意圖
研究團(tuán)隊(duì)首先通過理論計(jì)算，揭示了鹵素離子刻蝕機(jī)理及氟化銨分子在刻蝕反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)上的優(yōu)越性。基于模擬數(shù)據(jù)指導(dǎo)，首次提出了氟化銨水熱刻蝕新策略，并在220°C條件下 6小時(shí)完成了10克Mo?Ga?C前驅(qū)體的刻蝕，實(shí)現(xiàn)了單批次產(chǎn)量超過5克的碳化鉬MXene的可控制備。
此外，團(tuán)隊(duì)將該方法擴(kuò)展到多種MXene異質(zhì)結(jié)的合成，例如通過結(jié)合鹵素離子（如溴化銨）與有機(jī)小分子插層劑（如二甲基亞砜），在200°C下36小時(shí)內(nèi)成功制備出碳化鉬@二硫化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)。測(cè)試結(jié)果表明，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)在鋰電池負(fù)極中卓越性能（0.1 A g?1電流密度下初始放電比容量高達(dá)1558.6 mAh g?1，300次循環(huán)后，其可逆比容量穩(wěn)定在465.5 mAh g?1）。
研究團(tuán)隊(duì)運(yùn)用同步輻射多技術(shù)聯(lián)用方法對(duì)材料結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入分析。共振軟X射線散射證實(shí)了Mo?Ga?C前驅(qū)體的碳層間分布和納米尺度均勻性；X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜發(fā)現(xiàn)刻蝕后碳化鉬中鉬價(jià)態(tài)升高，碳化鉬@二硫化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有更高的配位數(shù)和更優(yōu)的結(jié)晶度；同步輻射原位X射線衍射分析證明碳化鉬@二硫化鉬異質(zhì)結(jié)構(gòu)在鋰電池充放電過程中層狀結(jié)構(gòu)高度穩(wěn)定，驗(yàn)證了鋰離子嵌入/脫嵌機(jī)制。這些技術(shù)協(xié)同解析了原子級(jí)結(jié)構(gòu)變化、動(dòng)態(tài)過程響應(yīng)和批量生產(chǎn)一致性，為MXene材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。
論文的第一作者是中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士研究生許翰宸，王昌達(dá)副研究員和宋禮教授為通訊作者。
上述研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院先導(dǎo)專項(xiàng)、中國(guó)科大基礎(chǔ)前沿團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202504586
（國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室、科研部）（中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)）
4.北大團(tuán)隊(duì)獲ISCA最佳論文獎(jiǎng)，突破面向邊緣側(cè)LLM的DRAM近存計(jì)算架構(gòu)瓶頸
北京大學(xué)集成電路學(xué)院孫廣宇團(tuán)隊(duì)在面向邊緣側(cè)大語(yǔ)言模型(LLM)推理加速的DRAM近存計(jì)算架構(gòu)方向取得重要突破。該團(tuán)隊(duì)基于混合鍵合工藝，研發(fā)了H2-LLM架構(gòu)，有效解決了傳統(tǒng)DRAM近存計(jì)算架構(gòu)在邊緣設(shè)備上算力受限的問題。H2-LLM提出了通用近存計(jì)算架構(gòu)模板和"以數(shù)據(jù)為中心"的數(shù)據(jù)流抽象，并開發(fā)了設(shè)計(jì)空間探索框架，相比基線架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了2.72倍性能提升和1.48倍能效提升。
LLM已成為人工智能領(lǐng)域最具影響力的技術(shù)突破之一。憑借強(qiáng)大的語(yǔ)言理解與生成能力，LLM在問題推理、聊天助手、代碼補(bǔ)全等多種任務(wù)中展現(xiàn)了出色性能。隨著大語(yǔ)言模型的廣泛應(yīng)用，如何在邊緣設(shè)備上實(shí)現(xiàn)高效的大語(yǔ)言模型推理，在滿足用戶的個(gè)性化定制、數(shù)據(jù)隱私等需求的同時(shí)，提供流暢的用戶體驗(yàn)，已成為大語(yǔ)言模型落地部署中亟待解決的重要問題。
這項(xiàng)研究是北京大學(xué)與上海交通大學(xué)、東南大學(xué)、后摩智能及阿里巴巴達(dá)摩院共同完成的產(chǎn)學(xué)研合作成果，發(fā)表在第52屆計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際研討會(huì)(ISCA)上，并獲得最佳論文獎(jiǎng)，這是國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)首次在ISCA獲此殊榮。
孫廣宇團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期專注于領(lǐng)域定制芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)與自動(dòng)化研究，已在體系結(jié)構(gòu)四大會(huì)發(fā)表28篇論文，并獲得多項(xiàng)最佳論文獎(jiǎng)。該團(tuán)隊(duì)的研究成果已應(yīng)用于多款芯片設(shè)計(jì)，并在國(guó)內(nèi)知名企業(yè)得到驗(yàn)證，為解決國(guó)家在人工智能芯片領(lǐng)域的"卡脖子"問題做出了貢獻(xiàn)。
5.中國(guó)科大在類腦智能神經(jīng)形態(tài)器件領(lǐng)域取得新進(jìn)展
近日，中國(guó)科大石媛媛教授團(tuán)隊(duì)在類腦智能神經(jīng)形態(tài)器件領(lǐng)域取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地研制出具有雙弛豫時(shí)間尺度特性的電解質(zhì)柵WSe?薄膜晶體管用于物理儲(chǔ)備池計(jì)算，成功解決了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)憶阻器在時(shí)序信號(hào)處理中時(shí)間特征尺度單一的瓶頸問題。相關(guān)成果以" Dynamic Monolayer WSe? Electrolyte-Gated Transistor with Coexistent Double Relaxation Timescale for Enhanced Physical Reservoir Computing"為題發(fā)表于國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《Small》。
物理儲(chǔ)備池計(jì)算因其低訓(xùn)練復(fù)雜度優(yōu)勢(shì)，在邊緣計(jì)算、交通預(yù)測(cè)等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。傳統(tǒng)基于動(dòng)態(tài)憶阻器的儲(chǔ)備池系統(tǒng)受限于載流子動(dòng)力學(xué)的單一弛豫時(shí)間尺度（Single Relaxation Timescale, SRT），在處理多尺度時(shí)序任務(wù)時(shí)存在記憶容量有限、特征提取能力不足等缺陷（圖1a-b）。研究團(tuán)隊(duì)受生物神經(jīng)元中鈣離子多時(shí)間尺度動(dòng)力學(xué)機(jī)制啟發(fā)（圖1c-d），通過單層二維材料與聚合物電解質(zhì)的強(qiáng)離子-電子耦合效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了快/慢雙弛豫時(shí)間尺度（Double Relaxation Timescale, DRT）兼具的動(dòng)態(tài)記憶器件（圖1e）。這種獨(dú)特的離子-電子耦合機(jī)制使器件展現(xiàn)出亞秒級(jí)和秒級(jí)的雙指數(shù)弛豫特性，相較于傳統(tǒng)SRT器件，顯著提升了儲(chǔ)備池的狀態(tài)空間維度（圖1f）。
圖1. 基于SRT和DRT器件的物理儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)示意圖。a) 基于SRT器件的經(jīng)典物理儲(chǔ)備池計(jì)算框架。b) SRT動(dòng)態(tài)憶阻器的典型弛豫行為。c) 生物神經(jīng)元中發(fā)放脈沖時(shí)鈣離子分布示意圖。d) 神經(jīng)元不同部位在發(fā)放脈沖時(shí)的鈣離子濃度變化。e) DRT器件的典型弛豫行為。f) 基于DRT器件的新型物理儲(chǔ)備池計(jì)算框架。
在器件性能方面，研究團(tuán)隊(duì)通過系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用仿真證實(shí)，該DRT WSe? 晶體管不僅保持了傳統(tǒng)動(dòng)態(tài)憶阻器的低功耗優(yōu)勢(shì)，更在復(fù)雜時(shí)序任務(wù)處理上展現(xiàn)出卓越性能。在混沌時(shí)間序列預(yù)測(cè)任務(wù)中，器件實(shí)現(xiàn)了200步以上的長(zhǎng)程預(yù)測(cè)能力，以及在多尺度振蕩器任務(wù)中取得了5.05×10??的超低預(yù)測(cè)均方誤差。特別是在實(shí)際交通場(chǎng)景應(yīng)用中，基于無人機(jī)拍攝的真實(shí)交通數(shù)據(jù)（圖2a-c），該技術(shù)能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)車輛和行人的運(yùn)動(dòng)軌跡，位置誤差小于0.8米（圖2 d-i），為智能交通碰撞預(yù)警系統(tǒng)提供了可靠的技術(shù)支持。該研究成果為發(fā)展高性能類腦智能神經(jīng)形態(tài)器件提供了新思路和新途徑。
圖2. 基于電解質(zhì)柵單層WSe?晶體管的物理儲(chǔ)備池計(jì)算系統(tǒng)在交通軌跡預(yù)測(cè)中的應(yīng)用。a) 包含移動(dòng)車輛和行人的典型交通場(chǎng)景。b) 不同交通要素的空間幀信息。c) 根據(jù)首幀目標(biāo)位置預(yù)測(cè)的后兩幀坐標(biāo)信息。d) 碰撞場(chǎng)景中車輛和行人的實(shí)際軌跡與e)預(yù)測(cè)軌跡對(duì)比。f) 碰撞場(chǎng)景中預(yù)測(cè)軌跡與實(shí)際軌跡的誤差。g) 非碰撞場(chǎng)景中車輛和行人的實(shí)際軌跡與h)預(yù)測(cè)軌跡對(duì)比。i) 非碰撞場(chǎng)景中預(yù)測(cè)軌跡與實(shí)際軌跡的誤差。
我院博士生孫東東、碩士生李傲為該論文共同第一作者，石媛媛教授為論文通訊作者。該項(xiàng)研究得到了中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)微納研究與制造中心和理化中心的支持。(中國(guó)科大微電子學(xué)院)
6.電子科技大學(xué)在觸覺智能感知器件與集成微系統(tǒng)領(lǐng)域取得重要研究成果
近日，電子科技大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院微波電路與微系統(tǒng)集成實(shí)驗(yàn)室張曉升教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際重要學(xué)術(shù)期刊 Advanced Science 上發(fā)表了題為“All-Printed Finger-Inspired Tactile Sensor Array for Microscale Texture Detection and 3D Reconstruction”的研究性論文。張曉升教授為論文通訊作者，博士研究生王一琳為論文第一作者，電子科技大學(xué)集成電路科學(xué)與工程學(xué)院為論文第一作者單位。
柔性觸覺傳感憑借其獨(dú)特性能，在人工智能、大數(shù)據(jù)和機(jī)器人等領(lǐng)域具有重要價(jià)值，能夠?yàn)槲锢硎澜缗c數(shù)字世界提供無縫銜接的接口，助力人工智能更精準(zhǔn)地感知物理世界，為大數(shù)據(jù)提供豐富信息，并賦予機(jī)器人類似人類的感知能力，推動(dòng)多領(lǐng)域智能化發(fā)展。人類觸覺本質(zhì)上是多模態(tài)三維空間感知過程，當(dāng)手指與物體表面發(fā)生接觸時(shí)，觸覺系統(tǒng)不僅能夠解析二維平面分布的紋理輪廓信息，同時(shí)可獲取法向維度的表面微形貌特征。但常規(guī)觸覺傳感器件通常只對(duì)二維平面信息具有感知特性，缺乏三維空間感知能力；且其三維異質(zhì)異構(gòu)集成制造技術(shù)仍有待深入發(fā)展，突破批量化高通量制造瓶頸。
針對(duì)上述難點(diǎn)，該研究工作提出了一種結(jié)合平面印刷電子和犧牲層工藝的三維集成微納制造技術(shù)，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了觸覺傳感器三維異質(zhì)集成結(jié)構(gòu)的批量化全印刷制造，其立體三維懸浮構(gòu)造能夠在傳統(tǒng)平面維度基礎(chǔ)上疊加垂直維度感知功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高性能三維觸覺傳感器?；诖隧?xiàng)技術(shù)設(shè)計(jì)并制造了一種觸覺傳感陣列，結(jié)合數(shù)據(jù)處理電路搭建集成微系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了類似于人類對(duì)微觀立體細(xì)節(jié)感知的行為，具備檢測(cè)微觀紋理三維形態(tài)特征的能力，且能夠反演構(gòu)建三維表面形貌模型。
本研究中的觸覺傳感器陣列通過嵌入式硬件電路實(shí)現(xiàn)接觸應(yīng)力信號(hào)的量化轉(zhuǎn)換，上位機(jī)系統(tǒng)接收數(shù)字化表征的觸覺數(shù)據(jù)后，通過執(zhí)行多維數(shù)據(jù)處理算法，可模擬生物觸覺感知機(jī)制。該微系統(tǒng)采用電容梯度場(chǎng)解析的建模方法，基于離散傳感單元獲取的接觸特征參數(shù)，構(gòu)建虛擬空間內(nèi)紋理特征的三維幾何模型，有效復(fù)現(xiàn)人類觸覺的空間感知特性。該研究可為智能機(jī)器人提供了一條探知微觀結(jié)構(gòu)并重構(gòu)復(fù)現(xiàn)的有效途徑。
圖1.觸覺傳感器陣列的概念、結(jié)構(gòu)和傳感機(jī)制示意圖。a)受手指觸覺行為（即針對(duì)三維微觀紋理的檢測(cè)-重建能力）的啟發(fā)，提出了一種全印刷觸覺傳感器陣列（TSA）。與傳統(tǒng)的觸覺傳感器相比，所開發(fā)的TSA在水平和豎直方向都具有高靈敏度，可捕捉紋理的三維結(jié)構(gòu)特征并將其重建為三維模型。b)傳感單元的結(jié)構(gòu)示意圖，由橫梁、墊片、電極和柔性基板組成，該多層懸浮結(jié)構(gòu)是利用優(yōu)化后的絲網(wǎng)印刷工藝加工所得。（電子科技大學(xué)）
