中科院柔性人工視覺感知和存儲系統(tǒng)研究獲新進展

近日，中科院半導體所半導體超晶格國家重點實驗室沈國震研究員的研究團隊，與北京科技大學數理學院陳娣教授合作，在柔性人工視覺感知和存儲系統(tǒng)領域中取得新進展。

人體的視覺系統(tǒng)不僅能夠用來感知外界的光線信息，還能夠將感知到的信息存儲在大腦的神經系統(tǒng)中。近年來，科研工作者通過圖像傳感器陣列的研究已經在模擬人體的視覺感知功能方面取得了重大的進展。然而，盡管當前的圖像傳感器實現(xiàn)了對于一些簡單圖形的識別能力，但是當外界光線消失時，感知到的圖形信息也隨即消失，無法實現(xiàn)對感知信息的存儲功能。為了彌補這種缺陷，實現(xiàn)對于人體視覺系統(tǒng)的仿生模擬，將圖像傳感器件與憶阻器件進行合理的集成將是一種有效的途徑。

為實現(xiàn)集成電子器件對于光線信息的探測和記憶功能，聯(lián)合團隊中的博士生陳帥和婁正助理研究員，合作開發(fā)出一種仿生的柔性人工視覺感知與存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了一種基于氧化銦半導體微米線陣列的圖像傳感器件與一種基于原子層沉積的氧化鋁阻變式憶阻器件。通過外界紫外光線的激發(fā)，圖像傳感器的電阻狀態(tài)將從高阻態(tài)轉變?yōu)榈妥钁B(tài)。當其阻值降低到一定值，將使串聯(lián)的憶阻器件兩端的電壓達到憶阻器的開啟電壓，進而激發(fā)憶阻器從高阻態(tài)轉換為低阻態(tài)，這兩種狀態(tài)分別對應于邏輯電路中的off(1)和on(0)狀態(tài)。這樣，當外界的紫外光線消失時，雖然圖像傳感器件將恢復到初始狀態(tài)，但是其感知到的光線信息已經以二進制的形式被存儲在了憶阻器中。另外，通過擴展器件陣列的像素密度而組裝的10×10視覺存儲陣列器件，還能夠實現(xiàn)對于外界圖像式光線分布的感知與存儲功能。該人工系統(tǒng)展現(xiàn)出了長期的信息記憶功能，能夠穩(wěn)定記憶長達一周以上。而且通過在憶阻器兩端施加一負向電壓還能夠擦除掉已經存儲的光線分布信息，并再次存儲其他圖像的光線分布信息，從而實現(xiàn)集成器件的可重復利用性。

該項工作所設計的柔性的人工視覺系統(tǒng)在未來的可穿戴設備、電子眼、多功能機器人和視覺障礙者的輔助設備等方面具有極大的應用潛力，并為設計新型的柔性多功能傳感和存儲集成器件如觸覺記憶系統(tǒng)和聽覺記憶系統(tǒng)提供了新的思路。

該項工作得到了國家杰出青年科學基金、北京市自然科學基金以及中國科學院前沿科學重點研究項目等項目的支持。研究成果近期發(fā)表在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201705400)期刊上。