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半导体所在柔性人工视觉感知和存储系统研究中获进展

近日,中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室研究员沈国震带领的研究团队,与北京科技大学数理学院教授陈娣合作,在柔性人工视觉感知和存储系统领域中取得新进展。

人体的视觉系统能够感知外界的光线信息,并能将感知到的信息存储在大脑的神经系统中。近年来,科研工作者通过图像传感器阵列的研究,已在模拟人体的视觉感知功能方面取得进展。然而,尽管当前的图像传感器实现了对一些简单图形的识别能力,但当外界光线消失时,感知到的图形信息也随即消失,无法实现对感知信息的存储功能。为了弥补这一缺陷,实现对人体视觉系统的仿生模拟,将图像传感器件与忆阻器件进行合理的集成将是一种有效途径。

为实现集成电子器件对于光线信息的探测和记忆功能,研究团队中的博士生陈帅和助理研究员娄正,合作开发出一种仿生的柔性人工视觉感知与存储系统。该系统集成了一种基于氧化铟半导体微米线阵列的图像传感器件与一种基于原子层沉积的氧化铝阻变式忆阻器件。通过外界紫外光线的激发,图像传感器的电阻状态将从高阻态转变为低阻态。当其阻值降低到一定值,将使串联的忆阻器件两端的电压达到忆阻器的开启电压,进而激发忆阻器从高阻态转换为低阻态,这两种状态分别对应于逻辑电路中的off(1)和on(0)状态。这样,当外界的紫外光线消失时,图像传感器件将恢复到初始状态,但其感知到的光线信息已经以二进制的形式被存储在忆阻器中。此外,通过扩展器件阵列的像素密度而组装的10×10视觉存储阵列器件,能够实现对于外界图像式光线分布的感知与存储功能。该人工系统展现出长期的信息记忆功能,能够稳定记忆长达一周以上。通过在忆阻器两端施加一负向电压,可擦除掉已存储的光线分布信息,并再次存储其他图像的光线分布信息,从而实现集成器件的可重复利用性。该项工作所设计的柔性的人工视觉系统在未来的可穿戴设备、电子眼、多功能机器人和视觉障碍者的辅助设备等方面具有极大的应用潜力,并为设计新型的柔性多功能传感和存储集成器件如触觉记忆系统和听觉记忆系统提供了新思路。

研究工作得到了国家杰出青年科学基金、北京市自然科学基金以及中科院前沿科学重点研究项目等的支持。相关研究成果发表在Advanced Materials上。

半导体所在柔性人工视觉感知和存储系统研究中获进展

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