“原子乐高”搭出类脑视觉传感器

 
 
“原子乐高”搭出类脑视觉传感器  
 

 

 

二维质料被看作后摩尔时代重要的基本电子质料，该规模的成长也让研究人员可以对原子层质料举办“乐高式”的堆叠和集成。连年来，南京大学物理学院传授缪峰团队操作“原子乐高”别离在耐高温忆阻器、弹道雪崩探测器、室温高敏捷红外探测器等偏向取得打破。在此基本上，该团队提出操作二维质料范德华异质结器件的布局特点和可调的光响应特性，可以或许实现对人眼视网膜的层状布局和感光细胞、双极细胞的生物特性模仿。基于这种类视网膜形态器件，研究团队进一步构建了可以或许对感知的图片信息举办同步处理惩罚的类脑视觉器件阵列。研究成就克日颁发于《科学希望》。

 

“在人脑处理惩罚的信息中，高出80%都是通过眼睛得到的。人眼不只可以举办信息的探测和同步处理惩罚，并且整体功耗极小，远小于20瓦。”缪峰汇报《中国科学报》，构建一个可媲佳丽眼、具备同步举办信息探测和处理惩罚成果的类脑视觉传感器是研究人员一直追求的空想，这对付智能家产、自动驾驶、智能安防等应用的成长至关重要。

 

对比而言，传统的呆板视觉系统需要先探测再处理惩罚，利用的图像传感器在探测方针图像的同时会发生大量冗余信息。而此类信息通过有限的带宽传输给所毗连的计较机举办处理惩罚和阐明，会导致较大的时间延迟和较高的功耗。

 

缪峰先容，人类视觉系统强大的信息处理惩罚本领很洪流平上依赖于视网膜的布局和成果。视网膜中的主要细胞包罗感光细胞、双极细胞等，这些细胞之间是垂直分层漫衍的布局。光透过瞳孔入射到视网膜上后，感光细胞将入射光转换为电学信号，流经双极性细胞，操作其生物特性对电学信息举办必然的加工和处理惩罚，加工后的图像信息仅仅保存其主要特征，再传输至大脑皮层举办进一步的图像处理惩罚和领略。通过该方法，视网膜在必然水平上实现了信息探测和处理惩罚的同步举办。

 

为了实现对视网膜布局和成果的传神模仿，研究团队提出可以通过“原子乐高”的方法搭建基于二维质料垂直异质结的类脑视觉传感器。这些垂直布局不只能自然地仿照视网膜的垂直分层布局，并且异质结中包括的差异二维质料可被用来模仿视网膜中差异细胞的成果。

 

在尝试中，研究团队首先将机器剥离的薄层硒化钨和氮化硼以及氧化铝制备成垂直异质结器件。该异质结器件在无背栅可能正背栅电压浸染下，泛起出正的光电导行为，雷同于双极细胞的正的光响应；当所加背栅电压为负的时候，器件揭示出了负光电响应特征，与双极细胞的负响应雷同。研究团队通过一系列的比拟尝试功效，指出器件的负光学响应来历于光诱发带电杂质发生的电场屏蔽效应。通过节制垂直异质结器件的栅压，该团队首次实现了对感光细胞和双极细胞的生物成果的模仿，器件的响应时间和功耗均靠近人类视网膜的程度。

 

接下来，研究人员将垂直异质结器件组装成一个阵列，操作异质结器件栅压可调的光电响应特征，将图像处理惩罚中常用的数学卷积核映射到器件阵列中，实现了可重构的图像信息处理惩罚成果，包罗边沿加强、图像气势气魄化、图像强度校正等。“研究发明这些尝试功效与回收沟通卷积核处理惩罚后的模仿功效一致，表白基于垂直异质结的器件阵列可以或许被用于在硬件上直接举办图片信息的处理惩罚。”缪峰汇报记者。