利用透明光突触实现近乎全景的神经形态视觉

以下文章来源于Artificial Synapse ，作者Synapse

研究背景

受具有强大光学传感和处理能力的生物视觉系统的启发,人工神经形态视觉被普遍认为是在复杂场景中检测、分类、识别、理解和跟踪多个目标的不可或缺的光感单元。光突触具有与神经信号相似的信息传感模式，可同时整合感知和突触行为，是未来人工视觉的理想候选对象。通过将光学信息转化为电信号，光突触可并行执行光感应、记忆和处理，实现设备级的视网膜仿真，并执行降噪和对比度增强等图像预处理。为了模拟人类视觉系统利用二维 MoS2、钙钛矿纳米晶体、聚合物电子管和有机框架等光敏材料成功开发了各种视网膜形态突触，实现了目标颜色特征提取和颜色混合模式的选择性识别。需要注意的是，大多数已报道的神经形态视觉系统的最大视场 (FoV) 有限，这是由于不透明组件和垂直结构造成的，这就限制了它们的半球形视场，具有较大的盲区和较差的运动获取能力。因此，开发具有宽带响应和全向视场的神经形态设备对于高效智能的人工视觉系统具有重要意义。

研究成果

基于光子突触的神经形态视觉能够模拟生物视觉系统的灵敏度、适应性和复杂性。人工光子突触最近取得了重大进展。然而，传统的光子突触设备通常采用不透明的金属导体和垂直设备配置，其半球视场有限。南京工业大学黄维院士团队刘举庆&李银祥教授等人介绍了一种透明平面光子突触(TPPS)具有双面感光能力，可实现近乎全景的神经形态视觉。由所有二维(2D)碳基生物组成的 TPPS 具有超宽带光探测能力 (365-970 nm)和360°全方位视角。由于其固有的持续光电导效应，该探测器具有生物突触行为，如短期/长期记忆、经验学习、光适应和 171% 的对脉冲促进指数，使突触阵列能够实现图像识别增强 (92%) 和移动物体检测。相关研究以“Nearly Panoramic Neuromorphic Vision with Transparent Photosynapses”为题发表在Advanced Science期刊上。

图文导读

Figure 1. Design and operation principle of TPPS device.

Figure 2. Photosynaptic characteristics.

Figure 3. Nearly panoramic perception and recognition characterizations.

Figure 4. Simulated image recognition and motion detection.

总结与展望

总之，作者提出了一种用于近乎全景神经形态视觉的透明光突触硬件。该器件采用导电 rGO和光敏 PeG的超薄全二维结构，具有双面视网膜形态行为，如宽带响应、光可调可塑性宽视场和环境自适应能力。光突触阵列具有图像学习和识别能力，可通过差分计算和神经网络训练模拟移动物体的感知。该方法非常有效，可扩展到其他层状突触光电材料为智能仿生视觉系统和神经形态设计应用提供了新的领域。

文献链接

Nearly Panoramic Neuromorphic Vision with Transparent Photosynapses

https://doi.org/10.1002/advs.202303944

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