打破傳統(tǒng)概念，F(xiàn)PGA并行計算架構加速TFM運算效率

近日，中國科學院聲學研究所王沖研究小組在《國際聲學與振動》上發(fā)表了一項研究成果—基于FPGA的全并行計算架構，可以有效加速超聲全聚焦檢測（Total Focusing Method, TFM）成像，整個TFM運算可完全在FPGA架構內(nèi)完成，最后只需將成像結果傳輸至顯示軟件，即可進行圖像觀察、分析診斷等，實現(xiàn)實時成像的無損檢測。

設計人員針對TFM運算設計了一種并行計算架構，改變了傳統(tǒng)成像計算方式，充分利用可編程集成電路優(yōu)勢，利用FPGA芯片內(nèi)部的DSP資源對計算結果進行實時數(shù)字信號處理，并可并行獨立合成多個TFM像素，不再需要處理器進行繁重的疊加運算，這樣，不僅成保證成像質(zhì)量，也極大地提高了成像計算效率。與目前現(xiàn)有的TFM算法相比計算效率提高了4.3倍，同時大幅降低了TFM成像系統(tǒng)復雜度、軟件計算壓力以及對帶寬傳輸?shù)男枨蟆Ｓ欣诖龠MTFM應用于工業(yè)現(xiàn)場，滿足現(xiàn)代工業(yè)無損檢測的高分辨率、快速自動化檢測需求。

驗證實驗以鋼內(nèi)橫通孔為模擬缺陷，實驗結果顯示，新方法可對橫通孔實現(xiàn)良好成像，成像效率可達312.5Hz。在增加成像區(qū)域和提高成像像素數(shù)量時，計算效率維持穩(wěn)定，具有較好的魯棒性和實用性。

全新思路提升傳感器性能，仿生結構解決行業(yè)難題

《美國化學學會·納米》報導了清華大學任天令研究小組研制了一種石墨烯壓力傳感器，采用由人體皮膚感知微結構出發(fā)的仿生結構，通過微結構和分布模式的結合，解決了靈敏度和線性范圍之間的矛盾，為力學器件性能的綜合提升提供了一種全新的思路。

皮膚的微結構示意圖

皮膚微結構和仿生結構照片

研究小組研究了人體的手指尖對于不同大小應力的高靈敏響應的特點，模仿其微結構，通過砂紙作為模板倒模成型柔性的基底，利用氧化石墨烯在高溫下還原后作為力學敏感層，制備了一種具有針刺形貌和隨機分布的壓力傳感器。這種傳感器表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性、快速響應和低探測極限，實現(xiàn)了在更寬線性測量范圍的高靈敏度。其中針刺結構之間接觸面積突變主要貢獻出高的靈敏度，隨機分布主要貢獻寬的線性范圍，通過兩者結合在很大程度上解決了這一對矛盾。

目前，研究人員已成功將其應用于對人體各種生理活動的監(jiān)測，例如脈搏、呼吸和聲音識別，還實現(xiàn)對走、跑、跳等走路姿態(tài)的監(jiān)控，以及對走路步態(tài)的監(jiān)測。

突破業(yè)界共識，全金屬微型光電信號轉換器前景看好

《科學》雜志最新報導了瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學信息與電子技術研究所研制的世界首個全金屬微型光電信號轉換器，是世界上最小的光電信號轉換器，且成本低廉，具有廣泛的應用前景。

芯片間高速、低能耗數(shù)據(jù)傳輸關鍵單元是光電信號轉換器。但是，因為光信號在金屬中的傳輸距離最高只能達到100μm，所以目前微電子器件中的光電轉換單元需使用玻璃材料，而這項成果突破了業(yè)界的共識，是該領域一項具有重要意義的創(chuàng)新。

這種全金屬微型光電信號轉換器是在黃金薄膜材料表面采用蝕刻技術制成，尺度只有3μm×36μm。在轉換器的輸入端，金屬表面在來自光纖的穩(wěn)定光束作用下產(chǎn)生“等離子振蕩”現(xiàn)象，這種“等離子振蕩”的狀態(tài)在電信號的作用下出現(xiàn)相應的變化，即所謂“調(diào)制”，在轉換器的輸出端，經(jīng)過調(diào)制的“等離子振蕩”又轉變?yōu)楣庑盘枺瑥亩鴮崿F(xiàn)電信號與光信號的轉換。

相比目前微電子器件中的光電信號轉換器，這種全金屬微型光電信號轉換器的體積大大縮小，而信號傳輸速率增加（實驗中信號傳輸速率達到116G/s）。

據(jù)研究人員介紹，所用金屬材料不僅限于貴金屬，普通金屬材料如銅也可實現(xiàn)，因此制造工藝簡單，成本顯著下降?？梢灶A期，該技術的產(chǎn)業(yè)化將會帶來廣泛的應用機會。目前已有企業(yè)與研究團隊開展合作，以期盡快將其推向市場。