高集成神經形態人工視覺光電傳感器問世

從中科院金屬所沈陽材料科學國家研究中心獲悉,該所與南京理工大學、中科院蘇州納米所、東北大學、南京大學等單位合作,開發出一種柔性碳納米管-量子點神經形態人工視覺光電傳感器。近日,該成果以“面向神經形態視覺系統的柔性超靈敏光電傳感陣列”為題,在《自然·通訊》在線發表。

人工視覺系統的開發,既要重新創建人工系統的靈活性、復雜性和適應性,又要通過高效率計算和簡潔的方式來實現它。目前,人工視覺系統往往采用傳統的互補金屬氧化半導體(CMOS)或者電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器,通過和執行機器視覺算法的數字系統連接,進而實現人工視覺功能。

由于傳統的數字人工視覺系統具有功耗高、尺寸大、成本高等缺點,課題組設計并制備了一個1 024 像素的柔性神經形態光電傳感器陣列,其中,銫鉛溴鈣鈦礦量子點作為感光層和光生電荷俘獲層,半導體性碳納米管薄膜作為電荷傳輸層,二者復合具有良好的柔性,能夠均勻的大面積成膜,并能夠保持長期穩定性。同時,該光電傳感器陣列集成了光傳感、信息存儲和數據預處理等功能,這與生物系統行為類似,實現實時并行處理信息,這對于模仿生物視覺處理的人工視覺系統具有重要的啟發意義。此外,研究還首次實現了在極暗條件下響應并完成神經形態強化學習的案例。

基于此神經形態光電傳感器,科研人員希望通過電路設計,構建功能更強大的人工神經網絡,模擬大腦對信息的處理過程,實現對已知數據之間的關聯和特征進行學習,從而獲得對未知數據更加強大的處理能力。