研究人员以超人为灵感的微型透视图像芯片取得重大进展

研究人员发明了一种微小的芯片，可以透过纸板拍摄到物体的图像。这项技术是为智能手机设计的，它使我们离拥有超人的X射线视觉能力又近了一步。

超人的全套超能力包括X光视力，这使他能够看穿固体物体。德克萨斯大学达拉斯分校（UTD）和首尔国立大学（SNU）的研究人员以超人为灵感，利用一种小到可以装进智能手机的成像芯片，将透视包装和穿墙的能力变得更接近现实。

“这项技术就像超人的X射线视觉，”德克萨斯大学电气工程教授、德克萨斯模拟卓越中心（TxACE）主任、该研究的合著者之一肯尼斯·O说。“当然，我们使用的是200到400千兆赫兹的信号，而不是有害的X射线。”

成像微芯片技术于2022年首次展示，这是O和他的学生、研究人员和合作者团队超过15年工作的高潮。该芯片发射的辐射在太赫兹（THz）范围内，即频率在0.1太赫兹（100 GHz）到10太赫兹之间的电磁辐射，相应的波长从3毫米到0.03毫米。这些波，人眼看不见，被认为是安全的，频率高于无线电波和微波，但低于红外光。

在2022年的模型中，O证明了微芯片产生的430 GHz光束可以穿过雾、灰尘和其他光学光无法穿透的障碍物。它们从物体上反弹，然后被反射回微芯片，在微芯片上，像素接收信号，形成图像。成像仪不依赖外部镜头，而外部镜头通常用来提高图像的清晰度和锐利度。相反，它是使用互补金属氧化物半导体（CMOS）技术制造的，这种技术用于制造现代消费电脑处理器、存储芯片和其他数字设备。

CMOS已经成为一种经济实惠的方式来产生和检测太赫兹信号，特别是在200 GHz及更高的频率下，它提供了更好的分辨率。因此，研究人员着手提高2022年模型的图像质量，并使该技术足够小，可以安装在手持设备上。新的成像仪芯片使用1 × 3的296 GHz CMOS像素阵列，同样没有透镜。

该论文的通讯作者、首尔大学电子计算机工程系助理教授崔佑烈（音译）表示：“为了适应移动设备，我们设计了没有镜头或光学元件的芯片。这些像素通过检测目标物体反射的信号来生成图像，形状为0.5毫米的正方形，大约是一粒沙子的大小。”

这项技术经过测试，可以对一厘米（0.4英寸）外覆盖着纸板的物体（USB加密狗、刀片、集成电路和塑料垫圈）进行成像。出于安全和隐私的考虑，研究人员故意让成像仪在距离物体很近的地方进行扫描。从本质上讲，这是为了减轻小偷可能使用该设备的恐惧，例如，从远处扫描某人的包里的东西。研究人员计划使下一次迭代能够捕捉5英寸（12.7厘米）远的图像。

德州仪器（TI）基尔比实验室射频/毫米波和高速研究主管布莱恩·金斯伯格（Brian Ginsburg）表示：“我们花了15年的时间进行研究，将像素性能提高了1亿倍，并结合数字信号处理技术，使这一成像演示成为可能。这项颠覆性的技术显示了真正太赫兹成像的潜在能力。”

研究人员设想，他们的智能手机内置的微芯片成像仪将被用于各种用途，从寻找墙后的钉子和木梁，到识别管道裂缝和信封和包裹的内容。他们还认为它在医学上也有应用。

这项研究得到了德州仪器毫米波和高频微系统基础技术研究计划和三星全球研究拓展计划的支持。

这项研究发表在《IEEE太赫兹科学与技术学报》上。

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