创新仍在继续!以RUSH为研究起点,清华大学成像与智能技术实验室研发团队已研制出系列仪器。

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清华大学成像与智能技术实验室成立于2001年,专注于前沿交叉领域原始创新,主要是开展光场成像、智能技术、脑与认知科学研究,目前研制出了“两芯一器”,“两芯”是指光电芯片和成像芯片,“一器”就是被称为“超级显微镜”的高分辨光场智能成像显微仪器。

“超级显微镜”的研究背景:

2008年,该研究团队“闭关”,埋头看学术文章、思考、讨论,就是为了搞清楚:下一步,大家到底做什么研究才会真的对人类有贡献?最后他们决定方向之一是往生命科学走,因为这个世纪是生命科学的世纪。

事实上,一直以来,脑科学被视为人类理解自然界现象和人类本身的“终极疆域”,对于提升人类认知水平、脑疾病诊治和人工智能技术发展具有十分重要的意义。近年来,多国纷纷宣布启动脑科学研究,但却缺乏有效的研究仪器——过去,脑观测仪器主要有两个方向:微观仪器能看清神经元,但看不到全脑;宏观仪器能看到全脑,但无法分辨神经元。

经过4年学习、准备,2012年,团队进一步明确,要打造一个介观尺度仪器,在清晰度上尽量向微观靠近,分辨率越高越好;在视场上尽量向宏观靠近,观测范围越大越好,从而为脑科学研究提供观测工具。因为掌握了工具就等于掌握了武器,工具的突破可能带来一系列连锁反应。

2016年,脑科学与类脑研究被列入“十三五”规划。在“十四五”规划中,脑科学与类脑研究再次被列为七大科技前沿领域攻关项目之一。这也证明了该研究方向和研究取得的成果是有意义的。

“超级显微镜”的研发过程:

该仪器的诞生历经很多年。2012年动议研发观测脑皮层神经、肿瘤转移的仪器。2013年,申请自然基金委国家重大科研仪器设备研制专项并获得支持。设计验证、原型验证、元件加工、系统集成……到2017年初,第一代仪器诞生并开始进行生命科学实验。

后来,在实验基础上,团队又进行了设计优化。第二代仪器在2018年底开始进行生命科学实验,视场大小为1厘米×1厘米,分辨率为0.396微米,每帧图像可达3.36亿像素,成像帧率30帧/秒,数据通量可以超过100亿像素/秒。而同一时期,其他国家研制的仪器每秒只能拍到千万像素。

“超级显微镜”为什么叫RUSH:

RUSH取自三个能够描述其特性的英文词组首字母缩写:实时的(Real-time)、极大范围的(Ultra-large-Scale)、高分辨率的(High-resolution)。

“超级显微镜”中的学科交叉: