这项成果既丰富了当前神经形态器件的种类，也促进了视网膜仿生器件的发展，有望成为仿生视觉系统中感知真个主要集成组件，从而推动仿生视觉领域的进一步发展。
据理解，该传感器基于二维 γ-InSe 半导体材料，采取 “非中央对称”和“非对称打仗”的设计思路，背后机制结合了光-热释电效应、以及光-热电效应，即基于以“光-热-电”浸染为根本的事情机制。
通过此，它可以对光强和波上进行分辨，从而产生自适应的光相应。
目前，在自驱动模式之下，其已具备仿照部分人眼适应功能的能力。
也便是说，本传感器可以在不同光照情境之下，进行按需生产与运用，比如用于智能监控、自动驾驶、机器人视觉等。
（来源：Light: Science & Applications）
传感器已经有很多，为何要研发这种传感器？
传感器，并不是新鲜事物。那么研发本传感器的背后缘故原由是什么？
据论文共同通讯作者李远征副教授先容，当与周围环境互动时，人类的视觉感知能力可以从周围环境中网络到 80% 以上的信息。
图 | 李远征（来源：李远征）
视觉感知系统，是人类以及其他脊椎动物最主要的感知系统。作为视觉感知系统的主要组成部分，人眼可以感知颜色、亮度等视觉信息。
此外，人眼可以通过自动调度瞳孔大小，来适应不同的光芒强度。比如，人类之以是能在亮光和暗光中都能看清晰图像，正是依赖于这种视觉自适应的能力。
当前，各种模拟生物系统的传感器陆续呈现。个中，仿生视觉传感器已经成为人工智能领域的研究热点之一。在人类的视觉系统之中，一个主要的功能便是视觉适应。
视觉适应，是一种面对刺激时的自主反应。它可以让感知系统调度自身行为，从而适应不同的光芒环境。
对付人造类仿生视觉传感器来说，它们每每可以在各种照明条件之下，针对不同刺激相应作出自主调度，从而捕获干系的图像，进而完成视觉检讨和视觉识别等任务。
目前，不少仿生视觉传感器都能以动态办法去适应外部光刺激，也便是说它们具备仿照人类视觉适应功能的潜力。
然而，现有的仿照人类视觉适应功能，每每受困于繁芜的硬件和软件系统，导致操作效率并不足高。
同时，已有传感器的紧张事情机制，仍旧局限于对载流子捕获或离子迁移的调控，无法知足视觉自适应器件的运用需求，也无法顺应人工视觉系统的发展趋势。
以是，亟待探索关于传感器的新机制，从而更好地做事于具有大略器件构型的仿生视觉传感器。
也便是说，未来的传感器不仅要拥有传统光传感器的高灵敏相应性能，还要能在分外环境之下针对所感知的图像进行预处理，从而在确保具有强大预处理功能的同时，也具备大型集成电路所无法达到的超低功耗特点。正是基于这些考虑，课题组研发了本传感器。
自适应能力从何而来？
那么，这款传感用具体如何实现自适应的？
据李远征副教授先容，课题组利用非中央对称 γ-InSe 的热释电性子，在光照之时发生光热释电效应，从而引起相应电流尖峰的涌现。
然后，通过电极材料之间非对称打仗的面积，在光热效应的帮助之下，可以在热平衡建立之前，进一步得到光相应电流的自发弛豫。
大家知道对付持续的亮光环境，人眼具备视觉适应的能力。而这款光传感器也具备模拟上述能力的潜力。
非中央对称的 γ-InSe 材料，便是实现这种能力的“法宝”。该材料具有非中央对称的晶体构造、以及精良的光电性子，因此可以得到不错的热释电瞬时相应尖峰。
研究中，他们对机器剥离的 γ-InSe 样品进行一系列的表征，借此确定样品是非中央对称的 γ 相。并通过丈量材料对付 1064nm 引发光所产生的二次谐波旗子暗记，再次验证了 γ-InSe 材料具有非中央对称的构造特色。
同时，γ-InSe 表面与两端打仗电极的非对称打仗，会产生中央光斑面向两端的温度差。而温度差会产生不可抵消的温差热电势，从而驱动净电子的输运，进而形成热电电流。
随着热平衡的建立，热电电流会逐渐减小，从而实现电流自发的弛豫。基于上述机制，本次传感器可以在零偏压下完成事情，并且可以分辨光强依赖和宽波段波长，这解释它具备和人眼一样的明适应行为特色。
为了验证二维 γ-InSe 基自适应传感器的事情机制，该团队采取掌握变量法进行比拟实验，借此打消材料高下界面可能存在的载流子捕获，对付器件适应行为的影响，从而证明传感器的适应行为来源于它本身，而非来自于外界。
然后，针对传感器在持续光照之下的动态相应过程，课题组提出由光-热释电效应、光-热电效应、以及光伏效应主导的光-热-电转换机制。
并通过变温、变偏压、变激光辐照面积等手段，在多个波长之下针对上述猜想进行实验验证，终极证明这一猜想完备成立。
（来源：Light: Science & Applications）
阴郁过后，仍能规复 99.6% 的敏感度
如前所述，这种基于二维 γ-InSe 基的自适应仿生光传感器，可以像人眼一样，适应不同的光照强度和波长。为更深入地理解这种特性，该团队开展了一系列的实验。
首先，他们仿照了一种“闪烁灯牌”的情境。结果创造：当光照强度增大时，本次传感器能够逐渐适应，并且在 10 次闪烁之内，就能分辨出灯牌上的内容“NENU”。这就像人眼在适应通亮的环境后，能够看清楚事物一样。
接着，他们又仿照了人眼在两次相同的光刺激之间，经历阴郁间隔之后规复视觉敏感度的功能。其创造：从间隔 1 秒到间隔 60 秒的变革中，本次传感器能够逐渐规复敏感度，终极可以规复 99.6% 的敏感度。这就像人眼在阴郁中适应一段韶光后，再看到光时会逐渐规复视力一样。
此外，他们还创造传感器在适应过程之中并不是独立事情的。就像人类的眼皮和瞳孔可以调节进入眼睛的光通量一样，它也可以通过调节光通量来赞助完成适应过程。
当有效掌握进入传感器的光通量，从而让光热效应的温度发生缓慢的改变，这时就可以加速适应过程，并减少在适应过程中涌现的“炫目”效果。
其余，课题组还创造对付宽波段的光强依赖，这款传感器也具有自适应的相应特性。也便是说，它不仅能适应不同的光照强度，还能适应不同的光波长。
接着，他们在红、绿、蓝光波段测试了器件的图像感知效果。结果显示：当针对器件的相应电流值，把各波段的灰度值区间加以定义，传感器就能在 2 秒之内完成感知适应，从而得到清晰的图像信息。而这就像人眼能够适应各种颜色的光芒一样。
通过这些实验，他们创造二维 γ-InSe 基自适应光传感用具有非常强大的功能。概括来说，这款传感器不仅可以分辨光强和波长，从而产生自适应性的光相应，还能仿照人眼的多项视觉适应功能。
在各种光照条件和波长之下，它都能仿照人眼的能力。因此，该团队认为该传感用具备成为人工视觉系统主要组件的潜力。
（来源：Light: Science & Applications）
终极，干系论文以《基于多层 γ-InSe 薄片的具有仿生视觉自适应功能的自供电宽带光传感器》（Self-powered and broadband opto-sensor with bionic visual adaptation function based on multilayer γ-InSe flakes）为题发在 Light: Science & Applications（IF 19.4）。东北师范大学李远征副教授和徐海阳教授担当共同通讯作者[1]。
图 | 干系论文（来源：Light: Science & Applications）
未来，他们操持研发更加智能、更加高集成的仿生视觉传感器，从而让其具备人眼所不具备的功能，比如偏振相应、紫外/红外光相应等。目前，他们正在开展干系研究，后续会陆续揭橥新的论文。
参考资料：
[1] Liu, W., Yang, X., Wang, Z. et al. Self-powered and broadband opto-sensor with bionic visual adaptation function based on multilayer γ-InSe flakes. Light Sci Appl 12, 180 (2023). https://doi.org/10.1038/s41377-023-01223-1