人體的視覺系統(tǒng)能夠感知外界的光線信息，并能將感知到的信息存儲在大腦的神經(jīng)系統(tǒng)中。近年來，科研工作者通過圖像傳感器陣列的研究，已在模擬人體的視覺感知功能方面取得進(jìn)展。然而，盡管當(dāng)前的圖像傳感器實(shí)現(xiàn)了對一些簡單圖形的識別能力，但當(dāng)外界光線消失時(shí)，感知到的圖形信息也隨即消失，無法實(shí)現(xiàn)對感知信息的存儲功能。為了彌補(bǔ)這一缺陷，實(shí)現(xiàn)對人體視覺系統(tǒng)的仿生模擬，將圖像傳感器件與憶阻器件進(jìn)行合理的集成將是一種有效途徑。

近日，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所半導(dǎo)體超晶格國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員沈國震帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，與北京科技大學(xué)數(shù)理學(xué)院教授陳娣合作，在柔性人工視覺感知和存儲系統(tǒng)領(lǐng)域中取得新進(jìn)展。據(jù)悉，研究工作得到了國家杰出青年科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金以及中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目等的支持。相關(guān)研究成果發(fā)表在 Advanced Materials 上。

為實(shí)現(xiàn)集成電子器件對于光線信息的探測和記憶功能，研究團(tuán)隊(duì)中的博士生陳帥和助理研究員婁正，合作開發(fā)出一種仿生的柔性人工視覺感知與存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了一種基于氧化銦半導(dǎo)體微米線陣列的圖像傳感器件與一種基于原子層沉積的氧化鋁阻變式憶阻器件。通過外界紫外光線的激發(fā)，圖像傳感器的電阻狀態(tài)將從高阻態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài)。當(dāng)其阻值降低到一定值，將使串聯(lián)的憶阻器件兩端的電壓達(dá)到憶阻器的開啟電壓，進(jìn)而激發(fā)憶阻器從高阻態(tài)轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)，這兩種狀態(tài)分別對應(yīng)于邏輯電路中的 off（1）和 on（0）狀態(tài)。這樣，當(dāng)外界的紫外光線消失時(shí)，圖像傳感器件將恢復(fù)到初始狀態(tài)，但其感知到的光線信息已經(jīng)以二進(jìn)制的形式被存儲在憶阻器中。此外，通過擴(kuò)展器件陣列的像素密度而組裝的10×10視覺存儲陣列器件，能夠?qū)崿F(xiàn)對于外界圖像式光線分布的感知與存儲功能。該人工系統(tǒng)展現(xiàn)出長期的信息記憶功能，能夠穩(wěn)定記憶長達(dá)一周以上。通過在憶阻器兩端施加一負(fù)向電壓，可擦除掉已存儲的光線分布信息，并再次存儲其他圖像的光線分布信息，從而實(shí)現(xiàn)集成器件的可重復(fù)利用性。

該項(xiàng)工作所設(shè)計(jì)的柔性的人工視覺系統(tǒng)在未來的可穿戴設(shè)備、電子眼、多功能機(jī)器人和視覺障礙者的輔助設(shè)備等方面具有極大的應(yīng)用潛力，并為設(shè)計(jì)新型的柔性多功能傳感和存儲集成器件如觸覺記憶系統(tǒng)和聽覺記憶系統(tǒng)提供了新思路。