新突破

打破传统概念，FPGA并行计算架构加速TFM运算效率

近日，中国科学院声学研究所王冲研究小组在《国际声学与振动》上发表了一项研究成果—基于FPGA的全并行计算架构，可以有效加速超声全聚焦检测（Total Focusing Method, TFM）成像，整个TFM运算可完全在FPGA架构内完成，最后只需将成像结果传输至显示软件，即可进行图像观察、分析诊断等，实现实时成像的无损检测。

设计人员针对TFM运算设计了一种并行计算架构，改变了传统成像计算方式，充分利用可编程集成电路优势，利用FPGA芯片内部的DSP资源对计算结果进行实时数字信号处理，并可并行独立合成多个TFM像素，不再需要处理器进行繁重的叠加运算，这样，不仅成保证成像质量，也极大地提高了成像计算效率。与目前现有的TFM算法相比计算效率提高了4.3倍，同时大幅降低了TFM成像系统复杂度、软件计算压力以及对带宽传输的需求。有利于促进TFM应用于工业现场，满足现代工业无损检测的高分辨率、快速自动化检测需求。

验证实验以钢内横通孔为模拟缺陷，实验结果显示，新方法可对横通孔实现良好成像，成像效率可达312.5Hz。在增加成像区域和提高成像像素数量时，计算效率维持稳定，具有较好的鲁棒性和实用性。

全新思路提升传感器性能，仿生结构解决行业难题

《美国化学学会·纳米》报导了清华大学任天令研究小组研制了一种石墨烯压力传感器，采用由人体皮肤感知微结构出发的仿生结构，通过微结构和分布模式的结合，解决了灵敏度和线性范围之间的矛盾，为力学器件性能的综合提升提供了一种全新的思路。

皮肤的微结构示意图

皮肤微结构和仿生结构照片

研究小组研究了人体的手指尖对于不同大小应力的高灵敏响应的特点，模仿其微结构，通过砂纸作为模板倒模成型柔性的基底，利用氧化石墨烯在高温下还原后作为力学敏感层，制备了一种具有针刺形貌和随机分布的压力传感器。这种传感器表现出优异的稳定性、快速响应和低探测极限，实现了在更宽线性测量范围的高灵敏度。其中针刺结构之间接触面积突变主要贡献出高的灵敏度，随机分布主要贡献宽的线性范围，通过两者结合在很大程度上解决了这一对矛盾。

目前，研究人员已成功将其应用于对人体各种生理活动的监测，例如脉搏、呼吸和声音识别，还实现对走、跑、跳等走路姿态的监控，以及对走路步态的监测。

突破业界共识，全金属微型光电信号转换器前景看好

《科学》杂志最新报导了瑞士苏黎世联邦理工大学信息与电子技术研究所研制的世界首个全金属微型光电信号转换器，是世界上最小的光电信号转换器，且成本低廉，具有广泛的应用前景。

芯片间高速、低能耗数据传输关键单元是光电信号转换器。但是，因为光信号在金属中的传输距离最高只能达到100μm，所以目前微电子器件中的光电转换单元需使用玻璃材料，而这项成果突破了业界的共识，是该领域一项具有重要意义的创新。

这种全金属微型光电信号转换器是在黄金薄膜材料表面采用蚀刻技术制成，尺度只有3μm×36μm。在转换器的输入端，金属表面在来自光纤的稳定光束作用下产生“等离子振荡”现象，这种“等离子振荡”的状态在电信号的作用下出现相应的变化，即所谓“调制”，在转换器的输出端，经过调制的“等离子振荡”又转变为光信号，从而实现电信号与光信号的转换。

相比目前微电子器件中的光电信号转换器，这种全金属微型光电信号转换器的体积大大缩小，而信号传输速率增加（实验中信号传输速率达到116G/s）。

据研究人员介绍，所用金属材料不仅限于贵金属，普通金属材料如铜也可实现，因此制造工艺简单，成本显著下降。可以预期，该技术的产业化将会带来广泛的应用机会。目前已有企业与研究团队开展合作，以期尽快将其推向市场。