在健康監(jiān)測(cè)與物質(zhì)分析領(lǐng)域，光譜儀一直扮演著至關(guān)重要的角色，它就像科學(xué)家和醫(yī)生的“慧眼”，能夠精準(zhǔn)識(shí)別物體的化學(xué)成分及其含量。然而，傳統(tǒng)的高性能光譜儀存在明顯短板，不僅體積龐大、價(jià)格高昂，而且操作復(fù)雜，需要專業(yè)人員解讀結(jié)果。這使得其應(yīng)用場(chǎng)景主要局限于實(shí)驗(yàn)室，在工業(yè)生產(chǎn)中進(jìn)行材料成分檢測(cè)，或是在醫(yī)療領(lǐng)域開展人體指標(biāo)分析時(shí)，往往需要經(jīng)過繁瑣的采樣流程，再將樣本送至實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

若能將光譜儀的功能集成到一枚價(jià)格親民的光芯片上，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)成分的實(shí)時(shí)檢測(cè)，那么精密光譜分析將不再受限于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，而是可以走進(jìn)工廠車間、田間地頭，甚至融入日常穿戴設(shè)備，成為大眾都能使用的感知工具。如今，這一設(shè)想正逐步成為現(xiàn)實(shí)。

徐州光引科技發(fā)展有限公司與劍橋大學(xué)團(tuán)隊(duì)聯(lián)合宣布，成功研發(fā)出一種名為“光學(xué)卷積光譜儀”的革命性片上光譜系統(tǒng)，該系統(tǒng)面向量產(chǎn)，有望革新智能終端的交互方式。這一成果不僅攻克了微型光譜儀在性能、體積和成本之間難以兼顧的難題，還為可穿戴設(shè)備從“記錄型電子產(chǎn)品”向“個(gè)性化智能健康管家”升級(jí)提供了可能。相關(guān)研究已發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然·光子學(xué)》上。

聯(lián)合團(tuán)隊(duì)從數(shù)學(xué)原理的底層邏輯出發(fā)，首次將卷積運(yùn)算直接融入光學(xué)器件，提出了一種全新的卷積式光譜儀架構(gòu)。這種設(shè)計(jì)天然適合微型化和系統(tǒng)級(jí)集成，在保證結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、計(jì)算高效的同時(shí)，能夠高保真、高精度地采集光譜信息。該架構(gòu)將復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)集成到一個(gè)指甲蓋大小的模組中，實(shí)現(xiàn)了性能與集成度的完美平衡。它能夠精準(zhǔn)分析塑料、溶液、藥品乃至人體皮下組織等復(fù)雜樣本中的關(guān)鍵成分，結(jié)合人工智能算法，可實(shí)現(xiàn)秒級(jí)的實(shí)時(shí)分析。

這款光譜儀的工作帶寬覆蓋超過500納米的近紅外波段，采樣和處理速度達(dá)到亞秒級(jí)，而整體成本僅為傳統(tǒng)設(shè)備的千分之一，最低甚至可達(dá)萬分之一，降至百元級(jí)別。這一成本優(yōu)勢(shì)將極大地推動(dòng)該技術(shù)走進(jìn)大眾日常生活。

《自然·光子學(xué)》的審稿人評(píng)價(jià)稱，這項(xiàng)研究提出的新型微型化近紅外測(cè)量光譜儀具有原創(chuàng)性，性能顯著提升，尤其是將系統(tǒng)成功集成到可穿戴設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)了生物標(biāo)志物的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

長(zhǎng)期以來，光譜儀微型化面臨著一個(gè)行業(yè)共性難題：如何在大幅縮小體積、降低成本的同時(shí)，保持高測(cè)量精度和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。蘋果公司內(nèi)部曾有一個(gè)代號(hào)為“E5”的神秘項(xiàng)目，自喬布斯時(shí)代便已啟動(dòng)，其核心目標(biāo)是利用微型紅外光譜系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無創(chuàng)血糖檢測(cè)。盡管蘋果持續(xù)投入大量資源進(jìn)行研發(fā)，但至今仍未取得實(shí)質(zhì)性突破。這一方向的技術(shù)難度極高，被媒體形容為堪比“登月”的挑戰(zhàn)。目前，已有的解決方案要么為了縮小體積而犧牲光譜分辨率和帶寬，要么系統(tǒng)封裝不成熟，無法在真實(shí)環(huán)境中可靠工作，更難以滿足嚴(yán)苛的光譜計(jì)量要求。

光引科技作為一家由劍橋大學(xué)華人教授創(chuàng)立的硬科技公司，憑借其在光子芯片領(lǐng)域的深厚積累，通過全新的技術(shù)路徑突破了這一困局。團(tuán)隊(duì)提出的卷積式光譜儀架構(gòu)，從底層數(shù)學(xué)原理出發(fā)，天然契合微型化和系統(tǒng)級(jí)集成的需求，在保證結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、計(jì)算高效的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了光譜信息的高保真、高精度采集，從而打破了長(zhǎng)期困擾行業(yè)的“性能、體積與成本不可能三角”。

可穿戴設(shè)備市場(chǎng)也將因這一技術(shù)迎來重大變革。自上世紀(jì)PPG（光電容積脈搏波）技術(shù)發(fā)明以來，到2013年第一款PPG智能手環(huán)問世，可穿戴設(shè)備的核心感知方式并未發(fā)生根本性變化。如今，我們?nèi)粘Ｅ宕鞯脑S多智能設(shè)備宣稱能夠檢測(cè)心率、血氧、睡眠質(zhì)量等指標(biāo)，但這些檢測(cè)本質(zhì)上仍主要依賴于脈搏波這一單一維度的信號(hào)，再通過算法進(jìn)行間接推算。這意味著，其獲取的信息密度有限，能夠覆蓋的指標(biāo)范圍較窄，檢測(cè)精度和穩(wěn)定性也存在明顯瓶頸。

相比之下，微型光譜儀帶來了質(zhì)的飛躍。與PPG技術(shù)的低維、單點(diǎn)式信息采樣不同，光譜儀能夠在廣闊波段范圍內(nèi)獲取連續(xù)分布的高密度光譜信息，這些信息包含反映物質(zhì)本征屬性的“光譜指紋”。理論上，只要具備足夠高的信噪比、合適的波段設(shè)計(jì)以及可靠的算法支持，光譜技術(shù)就有潛力實(shí)現(xiàn)對(duì)多種成分和生理指標(biāo)的直接分析。

光引科技率先論證了微型光譜儀在可穿戴健康管理與疾病風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)領(lǐng)域的巨大潛力。通過大規(guī)模志愿者人體數(shù)據(jù)采集與分析，并結(jié)合先進(jìn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，這枚小小的“光譜之眼”已能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)多項(xiàng)關(guān)鍵皮下生理指標(biāo)的無創(chuàng)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，包括膠原蛋白、皮膚水分、皮膚油脂、血酒精、血乳酸等，甚至具備對(duì)血糖變化趨勢(shì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)的潛力。

一旦這項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化落地，可穿戴設(shè)備將從“記錄型電子產(chǎn)品”升級(jí)為真正的“個(gè)性化智能健康管家”。這不僅是一次硬件能力的提升，更可能推動(dòng)健康監(jiān)測(cè)、個(gè)護(hù)醫(yī)美、運(yùn)動(dòng)恢復(fù)乃至智能終端交互邏輯的整體革新。目前，光引科技已實(shí)現(xiàn)晶圓級(jí)規(guī)模流片，正在推進(jìn)技術(shù)的規(guī)模化封裝量產(chǎn)，并積極與業(yè)界合作，預(yù)計(jì)一年內(nèi)將推出搭載該技術(shù)的商業(yè)化產(chǎn)品。