中科院柔性人工視覺(jué)感知和存儲(chǔ)系統(tǒng)研究獲新進(jìn)展

近日，中科院半導(dǎo)體所半導(dǎo)體超晶格國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室沈國(guó)震研究員的研究團(tuán)隊(duì)，與北京科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院陳娣教授合作，在柔性人工視覺(jué)感知和存儲(chǔ)系統(tǒng)領(lǐng)域中取得新進(jìn)展。

人體的視覺(jué)系統(tǒng)不僅能夠用來(lái)感知外界的光線信息，還能夠?qū)⒏兄降男畔⒋鎯?chǔ)在大腦的神經(jīng)系統(tǒng)中。近年來(lái)，科研工作者通過(guò)圖像傳感器陣列的研究已經(jīng)在模擬人體的視覺(jué)感知功能方面取得了重大的進(jìn)展。然而，盡管當(dāng)前的圖像傳感器實(shí)現(xiàn)了對(duì)于一些簡(jiǎn)單圖形的識(shí)別能力，但是當(dāng)外界光線消失時(shí)，感知到的圖形信息也隨即消失，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)感知信息的存儲(chǔ)功能。為了彌補(bǔ)這種缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)于人體視覺(jué)系統(tǒng)的仿生模擬，將圖像傳感器件與憶阻器件進(jìn)行合理的集成將是一種有效的途徑。

為實(shí)現(xiàn)集成電子器件對(duì)于光線信息的探測(cè)和記憶功能，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)中的博士生陳帥和婁正助理研究員，合作開(kāi)發(fā)出一種仿生的柔性人工視覺(jué)感知與存儲(chǔ)系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了一種基于氧化銦半導(dǎo)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(guò)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(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)。當(dāng)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(dá)到憶阻器的開(kāi)啟電壓，進(jìn)而激發(fā)憶阻器從高阻態(tài)轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)，這兩種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)于邏輯電路中的off(1)和on(0)狀態(tài)。這樣，當(dāng)外界的紫外光線消失時(shí)，雖然圖像傳感器件將恢復(fù)到初始狀態(tài)，但是其感知到的光線信息已經(jīng)以二進(jìn)制的形式被存儲(chǔ)在了憶阻器中。另外，通過(guò)擴(kuò)展器件陣列的像素密度而組裝的10×10視覺(jué)存儲(chǔ)陣列器件，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)于外界圖像式光線分布的感知與存儲(chǔ)功能。該人工系統(tǒng)展現(xiàn)出了長(zhǎng)期的信息記憶功能，能夠穩(wěn)定記憶長(zhǎng)達(dá)一周以上。而且通過(guò)在憶阻器兩端施加一負(fù)向電壓還能夠擦除掉已經(jīng)存儲(chǔ)的光線分布信息，并再次存儲(chǔ)其他圖像的光線分布信息，從而實(shí)現(xiàn)集成器件的可重復(fù)利用性。

該項(xiàng)工作所設(shè)計(jì)的柔性的人工視覺(jué)系統(tǒng)在未來(lái)的可穿戴設(shè)備、電子眼、多功能機(jī)器人和視覺(jué)障礙者的輔助設(shè)備等方面具有極大的應(yīng)用潛力，并為設(shè)計(jì)新型的柔性多功能傳感和存儲(chǔ)集成器件如觸覺(jué)記憶系統(tǒng)和聽(tīng)覺(jué)記憶系統(tǒng)提供了新的思路。

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