一、研究方向

研究团队以光学检测技术为基础结合人工智能技术发展出1.面向显示面板产业的缺陷检测技术及装备；2.针对传统发酵食品产业智能化转型的工艺流程检测技术；3.面向基因工程产业的显微操作机器人技术。

二、核心技术

本团队在光学领域对近场增强原理，近场区光场分布，遥感检测技术进行理论原始创新；在人工智能领域对复杂数据体系下高通量筛选技术进行应用拓展；并基于相关检测技术及装备在新材料领域对材料构效关系的深层次探索。通过光学检测技术的突破带动本团队多学科协同创新。

1、核心技术：

近场超分辨检测技术：近场光学主要研究物体表面亚波长范围内的光学现象。基于近场电磁波电场部分增益原理发展出的光镍技术已经发展成为生物工程领域一项重要的微操控技术，其发明者获得2018年诺贝尔物理学奖。此外，随着近年研究的深入，通过综合考虑近场电磁波的电场和磁场部分，在特定的激发条件下，近场模式能够同自由空间光一样携带角动量，形成自旋量子。而这种自旋量子对于微电子器件电荷输运行为产生重要的影响。本团队的核心技术是通过对于近场区光自旋量子的深层次探索，开发近场角动量模式的近场超分辨检测技术，并以此深入对于微电子器件进行更深入的研究。

图1：近场光学自旋量子理论研究

2、产业应用：

Micro-LED缺陷检测装备：针对Micro LED晶圆级快速巨量缺陷检测问题。开展旨在利用光致发光（PL）的快速光谱学检测系统的研究。实现Micro LED芯片发光亮度、发光波长的高质量快速检测。Micro LED晶圆级快速修复装备可以显著加快后续面板级缺陷修复的速度，降低Micro LED显示面板的生产成本。该技术利用精准的激光修复系统，配合高精度定位以及高精度、快速位移技术，实现Micro LED缺陷芯片的快速移除与修复。

打印OLED的近场超分辨检测装备：针对大尺寸OLED面板的喷墨打印，开发近场超分辨检测装备，采用近场超分辨技术在纳米尺度检测器件各个功能层的缺陷，探究光生载流子的产生、迁移和复合行为，以对材料和器件缺陷的直观观测和对光生载流子微观行为机理的深刻理解作为原始创新动力，指导OLED材料的优化、喷墨墨水的调配，以及器件的生产方法迭代。旨在实现大面积且高效的喷墨打印OLED服务，为从材料到器件全工厂化喷墨打印大尺寸OLED提供支持。

发酵食品产业智能化检测技术：为满足佛山本地传统企业数字化，智能化转型的迫切需求，团队结合深度学习技术开发新型光学检测技术，为海天味业、九江双蒸等佛山本地龙头企业提供醋、米酒等多种发酵食品产线智能化检测装备。快速获取大量发酵工艺中关于发酵菌群、发酵中间产物等关键因素的信息。基于人工智能模型对测量得到的海量数据进行分析，团队旨在从工艺优化角度研究提高发酵食品产率、主要风味物质含量及避免潜在有害微生物产生的有效途径。

显微操作机器人技术：基因工程、细胞工程技术是未来医疗领域发展的核心方向。尽管我国在基因编辑领域已经取得一些进展，但面向基因工程与细胞工程等领域的核心装备研发尚属空白。基于显微与超分辨检测技术的优势，本开发以皮升级胚胎显微操作机器人装备，对显微操作机器人系统中的显微图像识别技术、微夹持技术、皮升级微注射技术、微驱动技术和机器人控制技术开展深入研究。其中利用微流道工艺和压电容积泵技术设计的“皮升级压电容积注射泵”具有鲜明的自主创新特色；提出利用多自由度微夹持器对细胞固定拨动操作技术方案。团队还将进一步探索显微操作机器人在MEMS装配工艺和半导体制备中的应用，形成具有显微操作机器人系统开发和解决显微操作各类任务能力。

三、 主要成果

在团队成员共同努力下，团队已经初步形成一些研究成果。

1. Micro-LED缺陷检测装备原理样机已进入组装测试阶段。

团队已经完成面向Micro-LED wafer级的缺陷检测系统设计，当前原理样机进入组装测试阶段。设计的该款缺陷检测系统具有外观检测功能、PL光谱检测功能以及EL检测功能，针对外观缺陷、发光质量以及材料缺陷等问题能实现高效率高精度的“巨量检测”。

该样机设计指标为：该装备检测对象为6英寸晶圆时，单片检测时间低于30分钟；该装备传片位移系统总行程大于152.4mm，移动速度大于173.3mm/s，位移精度小于0.1μm；外观检测成像系统分辨率优于0.5μm/pixel, PL光谱检测系统的波峰检测精度优于1nm。

2.自研全自动原子力显微镜已进入原理样机组装测试阶段；

团队已顺利完成全自动原子力显微镜的系统设计，目前正进入原理样机组装测试阶段。所设计原子力显微镜可实现自动对焦、自动进针、自动寻光斑等功能，具有接触和轻敲两种成像模式，可在3分钟内对10μm×10μm范围内1nm特征尺寸进行成像探测。

该样机设计指标为：扫描速度1Hz，空间分辨率1nm，扫描范围10μm×10μm。其中探针位移采用自主搭建的光杠杆系统进行探测，其输出光电压分辨率可达0.6mV，几何放大倍数1000倍，能识别探针0.1nm位移。样品扫描台则采用最新的柔顺并联机构进行设计，其位移分辨率可达0.3nm，一阶固有频率可达3000Hz。

3.面向细胞注射的显微操作机器人已完成功能性实验；已完成样机验证。

团队已经成功开发出面向基因导入的显微操作机器人，并能实现多细胞识别、细胞抓取、细胞穿刺、多细胞管理和自动对焦等功能。下图为第一代细胞显微操作机器人样机细胞操作图。

该样机指标为：机械臂运动分辨率0.06μm，运动范围20mm；图像空间分辨率5μm，处理速度10ms/frame，自动聚焦时间10s；吸附泵压力控制分辨率1Pa；细胞处理速度300个/h。

图2：细胞显微操作机器人样机细胞操作图

4.发酵食品产业智能化检测样机：已样机验证，数据库开发与功能性实验，即将进入产业应用阶段。

团队已经成功开发出全自动发酵食品光谱检测设备，具有产品识别、样本采集、光谱扫描、数据分析、分析模型优化和数据库建立等功能，可实现无人值守发酵食品产品高通量分析。

该样机指标为：机械臂运动范围850mm，有效载荷5kg，运动系统分辨率0.1mm；自动吸液系统分辨率1μL；光谱扫描台位移分辨率1mm；光谱仪分辨率4cm^-1,光谱采集速度60个/h。

四、 未来计划

在人才队伍方面，团队将在检测装备，新材料以及微纳机器人领域培养若干学科带头人，发展为初具规模的人才团队。

在产业技术方面，根据季华实验室整体规划，面向OLED、Micro LED等新型显示产业需求，开发全国产化检测装备。以新型显示装备国产化行动为契机，争取开法具有原始创新意义的新型显示技术。

积极参与佛山市“科创中国”试点，积极推动传统制造业企业智能化数字化转型。以本地产业需求为出发点，为企业发现产业升级问题，解决发展瓶颈。

以季华实验室国际化合作平台为基础，联合德国，比利时，俄罗斯等国的科研力量争取在近场光学与新材料领域实现从零到一的原始创新。