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科技工作者之家 2020-06-27
来源:知社学术圈
在人脑处理的信息中,超过80%都是通过眼睛获得的。人眼不仅可以进行信息的探测和同步处理,而且整体功耗极小(远小于20瓦)。相比而言,传统的机器视觉系统需要先探测再处理,使用的图像传感器在探测目标图像的同时会产生大量冗余信息,此类信息通过有限的带宽传输给所连接的计算机进行处理和分析,从而导致较大的时间延迟和较高的功耗。因此,构建一个可以媲美人眼、具备同步进行信息探测和处理功能的类脑视觉传感器是人们一直追求的梦想,对于智能工业、自动驾驶、智能安防等应用的发展也至关重要。近日,南京大学物理学院缪峰教授团队基于二维材料异质结,在可重构类脑视觉传感器领域取得重要进展。
二维材料有望成为后摩尔时代重要的基础电子材料,该领域的发展也让人们可以对原子层材料进行乐高式的堆叠和集成。近年来,南京大学缪峰团队(https://nano.nju.edu.cn)利用“原子乐高”分别在耐高温忆阻器(Nature Electronics 2018)、弹道雪崩探测器件(Nature Nanotechnology 2019)、室温高灵敏红外探测器(Science Advances 2017)等方向取得突破。
在此基础上,该团队近日提出,利用二维材料范德华异质结器件的结构特点和可调的光响应特性,能够实现对人眼视网膜的层状结构和感光细胞、双极细胞的生物特性模拟,基于这种类视网膜形态器件,团队进一步构建了能够对感知的图片信息进行同步处理的类脑视觉器件阵列。该工作有望为未来开发基于范德华异质结的新型类脑视觉芯片提供物理和技术基础。相关研究成果以《Gate tunable van der Waals heterostructure for reconfigurable neural network vision sensor》(基于栅极可调范德华异质结的可重构神经网络视觉传感器)为题于 2020年6月24日发表在Science Advances上。南京大学物理学院博士生王晨宇和梁世军副研究员为共同第一作者,缪峰教授和美国麻省大学的杨建华教授为该工作的共同通讯作者,该工作同时得到了王振林教授课题组、陈坤基教授课题组和王肖沐教授课题组的实验协助,和国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金等项目的资助,以及微结构科学与技术协同创新中心的支持。
研究成果
人类视觉系统强大的信息处理能力很大程度上依赖于视网膜的结构和功能。视网膜中的主要细胞包括感光细胞、双极细胞等,这些细胞之间是垂直分层分布的结构。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,利用双极性细胞的生物特性对电学信息进行一定的加工和处理,加工后的图像信息仅仅保留其主要的特征,再传输至大脑皮层进行进一步的图像处理和理解。通过这种方式,视网膜在一定程度上实现了信息探测和处理的同步进行。为了实现对视网膜结构和功能的逼真模拟,在该工作中,缪峰团队提出可以通过“原子乐高”的方式搭建基于二维材料垂直异质结的类脑视觉传感器,这些垂直结构不仅能够自然地模仿视网膜的垂直分层结构,而且异质结中包含的不同二维材料可被用来模拟视网膜中不同细胞的功能。来源:zhishexueshuquan 知社学术圈
原文链接:https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzIwMjk1OTc2MA==&mid=2247504143&idx=1&sn=a78fca6e0c134c360ea9efbd5f7cafd1&chksm=96d42ff0a1a3a6e682d0fc596a0762c91a1e5ddbe5ca74cdfa5902d3c9b3fb9f1ae2ac8d46a8#rd
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