近日，中(zhong)科(ke)院半(ban)導體所半(ban)導體超晶格國家重(zhong)點(dian)實驗室沈國震(zhen)研究(jiu)員的(de)研究(jiu)團隊，與(yu)北京科(ke)技(ji)大學數(shu)理學院陳娣教授(shou)合作(zuo)，在柔性(xing)人(ren)工視覺感知和存儲(chu)系統領域中(zhong)取得新進展。

人(ren)體(ti)的(de)(de)(de)視覺系(xi)(xi)統不(bu)僅能(neng)夠用來感(gan)知外(wai)界的(de)(de)(de)光線信息(xi)(xi)(xi)，還能(neng)夠將感(gan)知到的(de)(de)(de)信息(xi)(xi)(xi)存(cun)(cun)儲在(zai)大(da)腦的(de)(de)(de)神經系(xi)(xi)統中。近(jin)年來，科研工(gong)作者通過(guo)圖(tu)(tu)像傳感(gan)器陣列的(de)(de)(de)研究已經在(zai)模擬(ni)(ni)人(ren)體(ti)的(de)(de)(de)視覺感(gan)知功(gong)能(neng)方面(mian)取得了(le)重大(da)的(de)(de)(de)進展。然而(er)，盡管當前的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)像傳感(gan)器實現(xian)了(le)對(dui)于一些簡單(dan)圖(tu)(tu)形(xing)的(de)(de)(de)識別(bie)能(neng)力，但是當外(wai)界光線消(xiao)失時(shi)，感(gan)知到的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)形(xing)信息(xi)(xi)(xi)也隨即消(xiao)失，無法(fa)實現(xian)對(dui)感(gan)知信息(xi)(xi)(xi)的(de)(de)(de)存(cun)(cun)儲功(gong)能(neng)。為了(le)彌補這種缺陷，實現(xian)對(dui)于人(ren)體(ti)視覺系(xi)(xi)統的(de)(de)(de)仿(fang)生模擬(ni)(ni)，將圖(tu)(tu)像傳感(gan)器件(jian)(jian)與憶阻器件(jian)(jian)進行合理的(de)(de)(de)集成將是一種有效的(de)(de)(de)途徑。

為實(shi)現集(ji)成電(dian)(dian)子器(qi)(qi)件(jian)(jian)對(dui)于(yu)光(guang)線(xian)信(xin)(xin)息(xi)的(de)(de)(de)探測和記(ji)憶(yi)功(gong)能(neng)(neng)(neng)，聯合團(tuan)隊中的(de)(de)(de)博士生陳帥和婁正助理研究員，合作開(kai)發(fa)出(chu)(chu)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)仿生的(de)(de)(de)柔(rou)性人工視(shi)覺感知(zhi)與(yu)(yu)存儲系統(tong)。該系統(tong)集(ji)成了一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)基于(yu)氧化(hua)銦半導體(ti)微米線(xian)陣(zhen)列的(de)(de)(de)圖(tu)(tu)像(xiang)傳感器(qi)(qi)件(jian)(jian)與(yu)(yu)一(yi)(yi)(yi)種(zhong)(zhong)基于(yu)原子層(ceng)沉積的(de)(de)(de)氧化(hua)鋁(lv)阻(zu)(zu)變式憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)件(jian)(jian)。通(tong)過(guo)外(wai)界(jie)紫外(wai)光(guang)線(xian)的(de)(de)(de)激發(fa)，圖(tu)(tu)像(xiang)傳感器(qi)(qi)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)狀態(tai)(tai)將(jiang)從(cong)(cong)高阻(zu)(zu)態(tai)(tai)轉變為低阻(zu)(zu)態(tai)(tai)。當(dang)其阻(zu)(zu)值(zhi)降低到(dao)一(yi)(yi)(yi)定值(zhi)，將(jiang)使串聯的(de)(de)(de)憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)件(jian)(jian)兩(liang)端(duan)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓(ya)達到(dao)憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)開(kai)啟電(dian)(dian)壓(ya)，進而(er)激發(fa)憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)從(cong)(cong)高阻(zu)(zu)態(tai)(tai)轉換為低阻(zu)(zu)態(tai)(tai)，這兩(liang)種(zhong)(zhong)狀態(tai)(tai)分別對(dui)應于(yu)邏輯電(dian)(dian)路中的(de)(de)(de)off(1)和on(0)狀態(tai)(tai)。這樣，當(dang)外(wai)界(jie)的(de)(de)(de)紫外(wai)光(guang)線(xian)消失(shi)時，雖然(ran)圖(tu)(tu)像(xiang)傳感器(qi)(qi)件(jian)(jian)將(jiang)恢復(fu)到(dao)初始狀態(tai)(tai)，但是其感知(zhi)到(dao)的(de)(de)(de)光(guang)線(xian)信(xin)(xin)息(xi)已經以二進制的(de)(de)(de)形式被存儲在(zai)了憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)中。另外(wai)，通(tong)過(guo)擴展器(qi)(qi)件(jian)(jian)陣(zhen)列的(de)(de)(de)像(xiang)素密度而(er)組裝的(de)(de)(de)10×10視(shi)覺存儲陣(zhen)列器(qi)(qi)件(jian)(jian)，還(huan)能(neng)(neng)(neng)夠實(shi)現對(dui)于(yu)外(wai)界(jie)圖(tu)(tu)像(xiang)式光(guang)線(xian)分布(bu)(bu)的(de)(de)(de)感知(zhi)與(yu)(yu)存儲功(gong)能(neng)(neng)(neng)。該人工系統(tong)展現出(chu)(chu)了長(chang)期(qi)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)息(xi)記(ji)憶(yi)功(gong)能(neng)(neng)(neng)，能(neng)(neng)(neng)夠穩定記(ji)憶(yi)長(chang)達一(yi)(yi)(yi)周以上。而(er)且通(tong)過(guo)在(zai)憶(yi)阻(zu)(zu)器(qi)(qi)兩(liang)端(duan)施加一(yi)(yi)(yi)負向(xiang)電(dian)(dian)壓(ya)還(huan)能(neng)(neng)(neng)夠擦除掉已經存儲的(de)(de)(de)光(guang)線(xian)分布(bu)(bu)信(xin)(xin)息(xi)，并再次存儲其他圖(tu)(tu)像(xiang)的(de)(de)(de)光(guang)線(xian)分布(bu)(bu)信(xin)(xin)息(xi)，從(cong)(cong)而(er)實(shi)現集(ji)成器(qi)(qi)件(jian)(jian)的(de)(de)(de)可重復(fu)利用性。

該項工作所設(she)(she)(she)計(ji)的(de)(de)柔(rou)性的(de)(de)人工視(shi)覺(jue)系統(tong)在未來的(de)(de)可穿戴設(she)(she)(she)備、電子(zi)眼(yan)、多功(gong)能(neng)機器人和視(shi)覺(jue)障礙者(zhe)的(de)(de)輔(fu)助設(she)(she)(she)備等方面具有極大的(de)(de)應用潛力(li)，并為設(she)(she)(she)計(ji)新型的(de)(de)柔(rou)性多功(gong)能(neng)傳感和存儲集成器件如觸覺(jue)記(ji)憶(yi)系統(tong)和聽覺(jue)記(ji)憶(yi)系統(tong)提(ti)供了新的(de)(de)思(si)路。

該項工作(zuo)得到了國家杰(jie)出青(qing)年科(ke)(ke)學(xue)基金(jin)、北(bei)京市自然科(ke)(ke)學(xue)基金(jin)以及(ji)中國科(ke)(ke)學(xue)院前沿科(ke)(ke)學(xue)重點研究(jiu)項目等項目的(de)支持。研究(jiu)成果近期發表(biao)在Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.201705400)期刊上。