中国科学院重庆研究院发展出仿生“视听”光电探测器
近日，中国科学院重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心在《科学进步》中（Science Advances）仿生视听光电探测器题为《可片探测与预处理》（Bionic visual-audio photodetectors with in-sensor perception and preprocessing）研究论文。该研究通过模拟人类感知系统中神经突触之间的“兴奋”和“抑制”行为，提出了仿生“视听”光电探测器，将“视听”信号探测和预处理功能集成到传感端。
眼睛和耳朵作为主导视觉和听觉的两个重要器官，在人类感知外部信息的过程中发挥着重要作用。传统的感知技术依赖于独立的光学和声学探测器，探测模块获得的数据充满了冗余的背景干扰信息，给数据的转换、传输和存储带来了压力，限制了感知系统的运行效率。
启发人体感知器官，开发新一代神经拟态传感器成为推动系统智能化、集成化发展的关键。在人类视觉和听觉器官中，细胞和神经元回路不仅具有检测外部激励信号的功能，而且可以实现检测信号的预处理，有利于消除背景干扰信息，从而加快大脑的运行速度。目前，鉴于视听信号检测机制的本质差异，很难通过单个设备实现双模态检测，因此迫切需要开发能够同时检测和预处理“视听”信息的新型神经拟态传感器。
本研究提出了基于石墨烯-锗异质结场效应晶体管结构的仿生“视听”光电探测器，将视觉和听觉传感功能与光学方法相结合，模仿感觉细胞对视听信号的智能感知。该装置通过编程栅压力，利用连续可调的正负光电流动态模拟神经元通路中的“兴奋”和“抑制”行为，实现了视觉图像的翻转、锐化、边缘提取等预处理操作，并证明了其具有目标字符图像的分类功能。此外，该装置还可以根据记录的声波“形状”调节收集到的声信号强度，恢复钢琴音调和中英文对话音频。该石墨烯基装置集成了“视听”信号检测和预处理功能，有效地简化了硬件结构，为促进小型化、高集成、多功能、智能传感系统的发展提供了新的思路。
国家重点研发计划支持研究工作。
仿生视听光电探测器模仿人类感知系统的工作原理示意图。PPC，正光电流；ZPC，无光电流；NPC，负光电流。
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