“传统的机器视觉系统需要先探测再处理,使用的图像传感器在探测目标图像的同时会产生大量冗余信息,此类信息通过有限的带宽再传输至计算机,会导致较大的时间延迟和较高的功耗。人眼不仅可以同时探测、处理信息,而且整体功耗极低。”缪峰团队成员梁世军副研究员说。
人类视觉系统强大的信息处理能力,很大程度上依赖于视网膜的独特结构和功能。视网膜中的主要细胞包括感光细胞、双极细胞等,这些细胞之间呈现出垂直分层的结构。
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,流经双极细胞,电学信号会得到一定的预加工和处理。加工后的信息仅仅保留原图像的主要特征,再传输至大脑皮层进行进一步的图像处理和理解。通过这种方式,视网膜在一定程度上实现了信息探测和处理的同步进行。
“二维材料具有原子的尺寸和有别于传统三维材料的全新物理性质,而且对外界刺激响应灵敏。更为有趣的是,二维材料具有非常好的垂直扩展性,我们可以像‘搭乐高’一样,在原子世界里,将性质迥异的多种二维材料按照不同的顺序堆垛,制造出自然界并不存在的新型结构材料。”缪峰说。
他的团队采用“原子乐高”的方式,实现了对视网膜结构和功能的模拟。科研人员将二硒化钨、氮化硼以及氧化铝制备成垂直异质结器件,这些垂直结构不仅能自然地模仿视网膜的垂直分层结构,而且所包含的不同二维材料还可用来模拟视网膜中不同细胞的功能。