高集成神經(jīng)形態(tài)人工視覺(jué)光電傳感器問(wèn)世 成果發(fā)表在《自然·通訊》

記者從中科院金屬所沈陽(yáng)材料科學(xué)國(guó)家研究中心獲悉，該所與南京理工大學(xué)、中科院蘇州納米所、東北大學(xué)、南京大學(xué)等單位合作，開(kāi)發(fā)出一種柔性碳納米管-量子點(diǎn)神經(jīng)形態(tài)人工視覺(jué)光電傳感器。近日，該成果以“面向神經(jīng)形態(tài)視覺(jué)系統(tǒng)的柔性超靈敏光電傳感陣列”為題，在《自然·通訊》在線發(fā)表。

人工視覺(jué)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，既要重新創(chuàng)建人工系統(tǒng)的靈活性、復(fù)雜性和適應(yīng)性，又要通過(guò)高效率計(jì)算和簡(jiǎn)潔的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)它。目前，人工視覺(jué)系統(tǒng)往往采用傳統(tǒng)的互補(bǔ)金屬氧化半導(dǎo)體(CMOS)或者電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器，通過(guò)和執(zhí)行機(jī)器視覺(jué)算法的數(shù)字系統(tǒng)連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人工視覺(jué)功能。

由于傳統(tǒng)的數(shù)字人工視覺(jué)系統(tǒng)具有功耗高、尺寸大、成本高等缺點(diǎn)，課題組設(shè)計(jì)并制備了一個(gè)1024像素的柔性神經(jīng)形態(tài)光電傳感器陣列，其中銫鉛溴鈣鈦礦量子點(diǎn)作為感光層和光生電荷俘獲層，半導(dǎo)體性碳納米管薄膜作為電荷傳輸層，二者復(fù)合具有良好的柔性，能夠均勻的大面積成膜，并能夠保持長(zhǎng)期穩(wěn)定性。同時(shí)，該光電傳感器陣列集成了光傳感、信息存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)預(yù)處理等功能，這與生物系統(tǒng)行為類似，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)并行處理信息，這對(duì)于模仿生物視覺(jué)處理的人工視覺(jué)系統(tǒng)具有重要的啟發(fā)意義。此外，研究還首次實(shí)現(xiàn)了在極暗條件下響應(yīng)并完成神經(jīng)形態(tài)強(qiáng)化學(xué)習(xí)的案例。

基于此神經(jīng)形態(tài)光電傳感器，科研人員希望通過(guò)電路設(shè)計(jì)，構(gòu)建功能更強(qiáng)大的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，模擬大腦對(duì)信息的處理過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)已知數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)和特征進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而獲得對(duì)未知數(shù)據(jù)更加強(qiáng)大的處理能力。(郝曉明)