【仪表网 研发快讯】人工视觉是人工智能和脑科学领域的重要分支，能够模仿生物体复杂的视觉系统运作方式，高效处理大量视觉信息、适应复杂环境并实现多任务视觉感知，在面部识别、自动驾驶汽车和视觉假体等应用场景中变得越来越重要。目前最先进的人工视觉系统仍然无法做到和生物体相媲美，视觉功能单一，器件结构复杂，加工难度和成本较大。将多种视觉功能压缩到单一的人工视觉感受器中仍然是一项严峻的挑战。
在国家自然科学基金委、科技部、北京分子科学国家研究中心和北京同步辐射装置的支持下，化学研究所有机固体院重点实验室王翰林研究员和刘云圻院士团队受螳螂虾视觉系统的启发，将手性贵金属纳米团簇和有机半导体材料堆叠，模拟螳螂虾小眼感杆束的物理结构和功能，搭建了晶圆级人工视觉感受器阵列，并在单个感受器中实现了颜色视觉、适应性视觉以及圆偏振视觉。
该团队系统性探索了手性贵金属纳米团簇的视神经形态的潜力，并首次提出了光阀模型(light-valve model)解释团簇半导体界面在外界光刺激和电刺激下的载流子传输和捕获行为。通过理论计算和飞秒瞬态吸收，该团队发现了团簇有机半导体界面中配体辅助的电荷转移过程。此外，该团队还解决了团簇薄膜的晶圆级制造问题，为人工光感受器的高密度集成提供了基础。与螳螂虾的视觉系统高度相似，手性团簇视觉感受器表现出优异的光子感知和适应能力(图)，甚至在部分指标上优于螳螂虾。光的明适应可以在0.45秒内触发并执行，准确率达到99.75%，优于人类视觉系统(约1分钟)和螳螂虾视觉系统(约数小时)。人工团簇视觉感受器还表现出光谱依赖性适应和圆偏振视觉，这是首次报道在单一器件中实现对圆偏振光的响应、识别、适应和记忆功能。相关研究成果发表于Nature Communications期刊上(Nat. Commun.2024, DOI: 10.1038/s41467-024-46646-5)，共同第一作者是化学所博士生文巍，刘国才博士和魏晓芳博士后，通讯作者为王翰林研究员和刘云圻院士。
图：受螳螂虾启发的人工纳米团簇光感受器。(a)螳螂虾的示意图及其眼睛的前视图。(b)螳螂虾视觉系统由平行排列的小眼、视神经和大脑组成。(c)基于并五苯和手性银纳米团簇异质结构对紫外-可见光和圆偏振光(CPL)敏感的人工纳米团簇光感受器(ACP)的示意图。(d)并五苯和手性银纳米团簇对映体的化学结构。(e)人工纳米团簇光感受器的类螳螂虾功能和解剖结构。(f)晶圆级人工纳米团簇光感受器阵列的光学图像。(g)银纳米团簇的光阀模型图。(h)人工纳米团簇光感受器对左手/右手圆偏振光的分辨和存储
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