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半导体所在柔性人工视觉感知和存储系统领域取得新进展

2018-01-11

近日,中科院半导体所半导体超晶格国家重点实验室沈国震研究员的研究团队,与北京科技大学数理学院陈娣教授合作,在柔性人工视觉感知和存储系统领域中取得新进展。 

人体的视觉系统不仅能够用来感知外界的光线信息,还能够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经在模拟人体的视觉感知功能方面取得了重大的进展。然而,尽管当前的图像传感器实现了对于一些简单图形的识别能力,但是当外界光线消失时,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。为了弥补这种缺陷,实现对于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的途径。

为实现集成电子器件对于光线信息的探测和记忆功能,联合团队中的博士生陈帅和娄正助理研究员,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off1)和on0)状态。这样,当外界的紫外光线消失时,虽然图像传感器件将恢复到初始状态,但是其感知到的光线信息已经以二进制的形式被存储在了忆阻器中。另外,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,还能够实现对于外界图像式光线分布的感知与存储功能。该人工系统展现出了长期的信息记忆功能,能够稳定记忆长达一周以上。而且通过在忆阻器两端施加一负向电压还能够擦除掉已经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的思路。

该项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国科学院前沿科学重点研究项目等项目的支持。研究成果近期发表在Advanced MaterialsDOI: 10.1002/adma.201705400)期刊上。全文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201705400/full

 



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