近日，重庆绿色智能技术研究院微纳制造与系统集成研究中心在Science开放获取子刊Science Advances上，以“Bionic visual-audio photodetectors with in-sensor perception and preprocessing(可片上探测和预处理的仿生视听
光电探测器)”为题发表研究论文，提出了一种仿生“视听”光电探测器，通过模拟人类感知系统中神经突触间的“兴奋”和“抑制”行为，在传感端集成了“视听”信号探测与预处理功能(图1)。
图1：模仿人类感知系统的仿生视听光电探测器工作原理示意图。PPC，正光电流；ZPC，无光电流；NPC，负光电流。
眼睛和耳朵作为主导视觉和听觉的两个重要器官，在人类感知外部信息过程中占据着不可或缺的地位。传统感知技术依赖于独立的光学和声学探测器件，且探测模块获取的数据中充斥着冗余的背景干扰信息，给数据的转化、传输和存储带来了极大的压力，严重制约了感知系统的运行效率。
从人体感知器官获得灵感，研发新一代神经拟态
传感器成为推动系统朝着智能化和集成化发展的关键。在人类视觉和听觉器官中，细胞以及神经元回路不仅具有探测外部激励信号的功能，还能够实现探测信号的预处理，有利于消除背景干扰信息，从而加快大脑的运算速度。然而，鉴于视觉和听觉信号探测机制的本质差异，目前尚难以通过单一器件实现双模态探测，因此，开发能同时探测和预处理“视听”信息的新型神经拟态传感器成为当务之急。
微纳制造与系统集成研究中心提出了基于石墨烯-锗异质结场效应晶体管结构的仿生“视听”光电探测器，通过光学方法在单个器件上融合了视觉和听觉传感功能，来模仿感觉细胞对视听信号的智能感知。通过编程栅压，利用连续可调的正负光电流动态模拟了神经元通路中的“兴奋”和“抑制”行为，该器件不仅对视觉图像实现了翻转，锐化，边缘提取等预处理操作，而且证明了其具有目标字符图像的分类功能。此外，该器件还能够对所采集的声波信号强度进行调控，根据所记录的声波“形状”，实现了钢琴音调和中英文对话音频的还原。这种具有“视听”信号探测与预处理功能于一体的石墨烯基器件有效简化了硬件结构，为推动小型化、高集成、多功能和智能化传感系统的发展提供了新思路。
上述工作得到了重庆研究院“十四五”科技创新规划主攻方向之一“碳基光电探测器”的支持，以及科技部国家重点研发计划等项目的资助。重庆研究院博士研究生付津滔为论文的第一作者，魏兴战研究员为通讯作者。
