陳根：研究開發類腦視覺傳感器，媲美人眼信息同步_風聞

文/陳根

 在人腦處理的信息中，超過80%都是通過眼睛獲得的。人眼不僅可以進行信息的探測和同步處理，而且整體功耗極小（遠小於20瓦）。相比而言，機器的視覺系統需要先探測再處理，使用的圖像傳感器在探測目標圖像的同時會產生大量冗餘信息，此類信息通過有限的帶寬傳輸給所連接的計算機進行處理和分析，從而導致較大的時間延遲和較高的功耗。

因此，構建一個可以媲美人眼、具備同步進行信息探測和處理功能的類腦視覺傳感器****成了科技探索的重要方向之一。近日，南京大學物理學院繆峯教授團隊就在Science Advances上發表了一篇題為《基於柵極可調範德華（vdW）異質結的可重構神經網絡視覺傳感器》的研究，這也是對類腦視覺傳感器做出重要探索。

人類視覺系統強大的信息處理能力很大程度上依賴於視網膜的結構和功能。視網膜中的主要細胞包括感光細胞、雙極細胞等，這些細胞之間是垂直分層分佈的結構。光透過瞳孔入射到視網膜上後，感光細胞將入射光轉換為電學信號，流經雙極性細胞，利用雙極性細胞的生物特性對電學信息進行一定的加工和處理，加工後的圖像信息僅僅保留其主要的特徵，再傳輸至大腦皮層進行進一步的圖像處理和理解。

通過這種方式，視網膜在一定程度上實現了信息探測和處理的同步進行。為了實現對視網膜結構和功能的逼真模擬**，研究團隊提出可以通過“原子樂高”的方式搭建基於二維材料垂直異質結的類腦視覺傳感器。**

該類腦視覺傳感器通過範德華（vdW）垂直異質結構的柵極可調正負光響應來工作。該傳感器不僅模擬了雙極細胞和光感受器的神經生物學功能，還模擬了雙極細胞之間獨特的連通性以及光感受器。

通過調整每個像素的柵極電壓，實現了可重構視覺傳感器圖像傳感與處理。此外，研究人員的類腦視覺傳感器本身可以訓練，通過分類的輸入更新單獨應用於傳感器中每個像素的柵極電壓來獲得圖像。

事實上，實現視網膜形態視覺芯片是解決傳統芯片面臨的挑戰和在實際應用中處理大量視覺數據的一個有前途的解決方案。毫無疑問，這項工作提出的技術為未來先進的神經網絡視覺芯片的實現提供了機會。