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近日，美國(guó)和韓國(guó)的研究人員宣布成功開發(fā)出一種多波長(zhǎng)的光電突觸。這種新型光電突觸的特別之處在于，它可以在同一設(shè)備中進(jìn)行光數(shù)據(jù)傳感、存儲(chǔ)和處理。
研究團(tuán)隊(duì)介紹稱，由此產(chǎn)生的傳感器內(nèi)人工視覺系統(tǒng)，代表著處理效率和圖像識(shí)別精度的重大進(jìn)步，未來(lái)有望在機(jī)器視覺、自動(dòng)駕駛汽車和機(jī)器人領(lǐng)域得到進(jìn)一步的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的人工視覺系統(tǒng)為了提取相關(guān)信息，必須要篩選大量的冗余數(shù)據(jù)。在改進(jìn)過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)神經(jīng)形態(tài)設(shè)備有潛力克服這些限制。然而，目前的方法仍然需要用上圖像傳感器——如相機(jī)和光電探測(cè)器，它們?cè)趯?shí)體上仍然與計(jì)算組件分離，而這樣的設(shè)計(jì)安排可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)延遲、體積龐大和增加不必要的重量。
為了解決這個(gè)問題，研究人員創(chuàng)造了一種一體化的光電突觸，它可以同時(shí)在紫外線、可見光、近紅外和紅外波長(zhǎng)的范圍內(nèi)工作，進(jìn)一步突破了之前只能夠感知紫外線和可見光范圍的系統(tǒng)存在的限制。
美國(guó)中佛羅里達(dá)大學(xué)(UCF)材料和工程學(xué)教授、這項(xiàng)研究的資深作者Tania Roy表示，這種光電突觸使得光學(xué)數(shù)據(jù)傳感、記憶和處理可以集成在同一個(gè)設(shè)備中，就像人眼一樣：視網(wǎng)膜可以感知光學(xué)數(shù)據(jù)，而記憶和處理的任務(wù)則由突觸和神經(jīng)元完成。
在研究過(guò)程中，Roy和她的同事們利用了2D材料的多功能性——這種材料具有光敏性，可以用作圖像傳感器。該團(tuán)隊(duì)還借助了其他用于電荷捕獲的獨(dú)特特性來(lái)制造他們的設(shè)備。其中關(guān)鍵的一點(diǎn)是，他們將二硫化鉬的持久光電導(dǎo)率與二碲化鉑的廣泛吸收結(jié)合起來(lái)，從而擴(kuò)展了器件的波長(zhǎng)范圍。
值得注意的是，光電突觸的堆疊結(jié)構(gòu)具有高能帶隙，可允許紅外光通過(guò)二硫化鉬的頂層。然后，光線會(huì)被位于下方的一層鉑二碲化物薄膜吸收，從而產(chǎn)生光控效應(yīng)。對(duì)于紫外線和可見光而言，這兩層都會(huì)產(chǎn)生電子-空穴對(duì)(electron-hole pairs)，并相應(yīng)地改變器件的電導(dǎo)。
最終，研究人員開發(fā)了一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，并在一系列單波長(zhǎng)和混合波長(zhǎng)的模式識(shí)別任務(wù)中對(duì)這種光電突觸進(jìn)行了測(cè)試。例如，他們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)包含數(shù)字“8”的混合波長(zhǎng)圖案，其中一半的數(shù)字是紫外的，另一半是紅外的?；谝粋€(gè)包含800幅測(cè)試圖像的數(shù)據(jù)集，研究人員觀察到這種光電突觸的識(shí)別準(zhǔn)確率達(dá)到了70%-80%。
Tania Roy指出，這種多波長(zhǎng)光電突觸在人工智能領(lǐng)域有著巨大的潛力，比如自動(dòng)駕駛汽車和機(jī)器人。他表示，該項(xiàng)目的下一步是建立一個(gè)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，在硬件水平上使用一系列設(shè)備，以測(cè)試和比較模式識(shí)別的準(zhǔn)確性與模擬結(jié)果。
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