重慶研究院在可片上探測和預處理的仿生視聽光電探測器研究上取得進展

2024-02-27 11:39:46重慶綠色智能技術研究院閱讀量：257      我要評論

　　近日，重慶綠色智能技術研究院微納制造與系統(tǒng)集成研究中心在Science開放獲取子刊Science Advances上，以“Bionic visual-audio photodetectors with in-sensor perception and preprocessing(可片上探測和預處理的仿生視聽光電探測器)”為題發(fā)表研究論文，提出了一種仿生“視聽”光電探測器，通過模擬人類感知系統(tǒng)中神經(jīng)突觸間的“興奮”和“抑制”行為，在傳感端集成了“視聽”信號探測與預處理功能(圖1)。

　　圖1：模仿人類感知系統(tǒng)的仿生視聽光電探測器工作原理示意圖。PPC，正光電流；ZPC，無光電流；NPC，負光電流。

　　眼睛和耳朵作為主導視覺和聽覺的兩個重要器官，在人類感知外部信息過程中占據(jù)著不可或缺的地位。傳統(tǒng)感知技術依賴于獨立的光學和聲學探測器件，且探測模塊獲取的數(shù)據(jù)中充斥著冗余的背景干擾信息，給數(shù)據(jù)的轉化、傳輸和存儲帶來了極大的壓力，嚴重制約了感知系統(tǒng)的運行效率。

　　從人體感知器官獲得靈感，研發(fā)新一代神經(jīng)擬態(tài)傳感器成為推動系統(tǒng)朝著智能化和集成化發(fā)展的關鍵。在人類視覺和聽覺器官中，細胞以及神經(jīng)元回路不僅具有探測外部激勵信號的功能，還能夠實現(xiàn)探測信號的預處理，有利于消除背景干擾信息，從而加快大腦的運算速度。然而，鑒于視覺和聽覺信號探測機制的本質(zhì)差異，目前尚難以通過單一器件實現(xiàn)雙模態(tài)探測，因此，開發(fā)能同時探測和預處理“視聽”信息的新型神經(jīng)擬態(tài)傳感器成為當務之急。

　　微納制造與系統(tǒng)集成研究中心提出了基于石墨烯-鍺異質(zhì)結場效應晶體管結構的仿生“視聽”光電探測器，通過光學方法在單個器件上融合了視覺和聽覺傳感功能，來模仿感覺細胞對視聽信號的智能感知。通過編程柵壓，利用連續(xù)可調(diào)的正負光電流動態(tài)模擬了神經(jīng)元通路中的“興奮”和“抑制”行為，該器件不僅對視覺圖像實現(xiàn)了翻轉，銳化，邊緣提取等預處理操作，而且證明了其具有目標字符圖像的分類功能。此外，該器件還能夠對所采集的聲波信號強度進行調(diào)控，根據(jù)所記錄的聲波“形狀”，實現(xiàn)了鋼琴音調(diào)和中英文對話音頻的還原。這種具有“視聽”信號探測與預處理功能于一體的石墨烯基器件有效簡化了硬件結構，為推動小型化、高集成、多功能和智能化傳感系統(tǒng)的發(fā)展提供了新思路。

　　上述工作得到了重慶研究院“十四五”科技創(chuàng)新規(guī)劃主攻方向之一“碳基光電探測器”的支持，以及科技部國家重點研發(fā)計劃等項目的資助。重慶研究院博士研究生付津滔為論文的第一作者，魏興戰(zhàn)研究員為通訊作者。

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