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“原子笑高”搭出类脑视觉传感器


点击:76 作者:玉屏侗族自治县伤减二手车交易网 日期:2020-07-03 10:44:47

  来源:知社学术圈

  在人脑处理的新闻中,超过80%都是经历眼睛获得的。人眼不光能够进走新闻的探测和同步处理,而且集体功耗极幼(远幼于20瓦)。相比而言,传统的机器视觉体系必要先探测再处理,行使的图像传感器在探测现在标图像的同时会产生大量冗余新闻,此类新闻经历有限的带宽传输给所连接的计算机进走处理和分析,从而导致较大的时间延伸和较高的功耗。所以,构建一个能够媲美人眼、具备同步进走新闻探测和处理功能的类脑视觉传感器是人们不息寻找的梦想,对于智能工业、自动驾驶、智能安防等行使的发展也至关主要。近日,南京大学物理学院缪峰教授团队基于二维原料异质结,在可重构类脑视觉传感器周围取得主要挺进。

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  二维原料有看成为后摩尔时代主要的基础电子原料,该周围的发展也让人们能够对原子层原料进走笑高式的堆叠和集成。近年来,南京大学缪峰团队行使“原子笑高”别离在耐高温忆阻器、弹道雪崩探测器件、室温高智慧红外探测器等倾向取得突破。

  在此基础上,该团队近日挑出,行使二维原料范德华异质结器件的组织特点和可调的光反答特性,能够实现对人眼视网膜的层状结议和感光细胞、双极细胞的生物特性模拟,基于这栽类视网膜形式器件,团队进一步构建了能够对感知的图片新闻进走同步处理的类脑视觉器件阵列。该做事有看为异日开发基于范德华异质结的新式类脑视觉芯片挑供物理和技术基础。有关钻研收获以《Gate tunable van der Waals heterostructure for reconfigurable neural network vision sensor》(基于栅极可调范德华异质结的可重构神经网络视觉传感器)为题于 2020年6月24日发外在Science Advances上。南京大学物理学院博士生王晨宇和梁世军副钻研员为共同第一作者,缪峰教授和美国麻省大学的杨建华教授为该做事的共同通讯作者,该做事同时得到了王振林教授课题组、陈坤基教授课题组和王肖沐教授课题组的实验配相符,和国家特出青年科学基金、国家自然科学基金等项主意资助,以及微组织科学与技术协同创新中央的声援。

  钻研收获

  人类视觉体系重大的新闻处理能力很大程度上倚赖于视网膜的结议和功能。视网膜中的主要细胞包括感光细胞、双极细胞等,这些细胞之间是垂直分层分布的组织。光透过瞳孔入射到视网膜上后,感光细胞将入射光转换为电学信号,流经双极性细胞,行使双极性细胞的生物特性对电学新闻进走肯定的添工和处理,添工后的图像新闻仅仅保留其主要的特征,再传输至大脑皮层进走进一步的图像处理和理解。经历这栽方式,视网膜在肯定程度上实现了新闻探测和处理的同步进走。为了实现对视网膜结议和功能的真切模拟,在该做事中,文章缪峰团队挑出能够经历“原子笑高”的方式搭建基于二维原料垂直异质结的类脑视觉传感器,这些垂直组织不光能够自然地模仿视网膜的垂直分层组织,而且异质结中包含的差别二维原料可被用来模拟视网膜中差别细胞的功能。

  在实验中,缪峰团队最先将死板剥离的薄层硒化钨和氮化硼以及氧化铝制备成垂直异质结器件。该异质结器件在无背栅或者正背栅电压作用下,表现出正的光电导走为,相通于双极细胞的正的光反答;当所添背栅电压为负的时候,器件表现出了负光电反答特征与双极细胞的负反答相通。钻研团队经历一系列的对比实验效果,指出器件的负光学反答来源于光诱发带电杂质产生的电场屏蔽效答。经历限制垂直异质结器件的栅压,团队始次实现了对感光细胞和双极细胞的生物功能的模拟,器件的反答时间和功耗均挨近人类视网膜的程度(图1)。

  进一步,钻研团队将垂直异质结器件拼装成 3×3 的一个阵列,行使异质结器件栅压可调的光电反答特征,将图像处理中常用的数学卷积核映射到3×3 的器件阵列中,实现了可重构的图像新闻处理功能(图2),包括边缘添强、图像风格化、图像强度校正等。钻研发现这些实验效果与采用相通卷积核处理后的模拟效果一致,这外明基于垂直异质结阵列能够被用于在硬件上直接进走图片新闻的处理。

  基于范德华异质结器件的功能行使除了同步的探测和新闻的处理之外,钻研团队发现器件阵列还能够用于图片的分类义务。经历将器件电导行为神经网络的权值,背栅的调节转折行为更新神经网络权值的一栽形式,范德华异质结器件阵列能够实走神经网络的功能。钻研团队在实验中采用柔件辅助硬件的训练形式实现了对输入图像“N”,” J”, “U”字母的迅速识别(图3)。这一项做事从原理上表明,行使范德华异质结的特性模拟人类视网膜结议和功能的钻研思路有看异日被用来实现新式的类脑视觉芯片。

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