24.04.2026
今年2月，一項由捷克科技研究基金會（GAČR）資助的計畫正式啟動，研究主題為高速掃描探針顯微術。在未來三年中，布爾諾理工大學 CEITEC 的研究人員將與捷克計量研究院（CMI）合作，致力於加快該技術的測量過程，並透過專門開發的人工智慧演算法提升數據分析能力。這項研究成果預計將應用於科學與工業領域，例如活細胞觀測或晶片製造過程監控。
高速原子力顯微術是一種用於研究材料表面特性的技術。它使用帶有極微小探針（僅數奈米，為毫米的百萬分之一）的顯微鏡，在樣品表面以規則路徑重複掃描，掃描範圍約為微米級（比人體紅血球還小）。該探針可精確描繪表面形貌，精度接近原子之間的距離，從而獲得極高解析度影像。雖然單次測量通常只需數分鐘，但在某些情況下仍然過慢，特別是針對會隨時間變化的樣品，例如活體生物材料或動態材料。本計畫的核心目標正是捕捉這些快速變化的過程，其正式名稱為「稀疏取樣高速原子力顯微術」。
捷克計量研究院首席研究員 Petr Klapetek 表示：「我們的合作目標是透過優化探針移動軌跡來加速掃描，使測量只聚焦於真正有用的資訊，同時開發能直接分析影像的演算法，而不需要補算缺失區域的資料。」他指出，在傳統高速掃描中，雖然會產生大量影像，但對於快速變化的樣品而言，關鍵時刻可能正好被探針錯過，導致毫秒級的變化無法被連續捕捉，重要細節因此遺失。因此全球研究人員正嘗試各種方法提升速度，多數方案透過改良硬體讓探針移動更快，但機械加速會因振動而增加誤差。Klapetek 強調：「我們理解掃描顯微術本身的限制，因此選擇走不同的路線，希望透過更智慧的測量方法來解決問題，而不是大幅修改硬體。」
透過軟體加速突破硬體限制
本計畫的重要任務之一，是設計新的掃描路徑，使其仍維持規則性，但以全新的排列方式最大化在最短時間內獲取的資訊量。透過更高效的數據處理，掃描速度有望提升至五倍。
CEITEC VUT 的共同研究者 David Nečas 表示：「數據處理對我們至關重要，因此我們必須開發人工智慧演算法，使其能直接分析這種稀疏掃描資料，而無需知道未掃描區域的資訊。這將是最大的挑戰。」他補充，CEITEC VUT 負責掃描網格設計與數學模型建立，而所有實驗與測試將在捷克計量研究院進行。
這項為期三年的合作預計將形成一套完整理論方法並結合實驗驗證，應用於生物實驗室中研究細胞隨時間變化的行為，也可用於半導體晶片製造領域的品質檢測與缺陷分析。該技術不僅能測量表面形貌，還能分析電性等多種材料特性。
Nečas 表示：「未來它甚至可能成為工業產線的一部分，使高速掃描顯微鏡能在近乎即時的情況下完成檢測與分析。」
目前，CEITEC VUT 也正與捷克計量研究院及其他歐洲夥伴合作參與 DINAMO 計畫，該計畫致力於開發掃描探針顯微鏡校準的數據處理方法。Nečas 領導的團隊專注於方法標準化，使非專業研究人員也能輕鬆設定設備並進行高精度測量。
