使用半球形钙钛矿纳米线阵列的具有无过滤色视觉的神经形态仿生眼 Retina Communications

这些相机是模仿人类视觉的仿生设备。 对于这些应用，先进的彩色成像系统必须具备某些属性，例如高分辨率、大视场、紧凑的设计以及重量轻、能耗低等1。 使用 CCD/CMOS 传感器的传统成像系统具有相对较小的 FoV。 它们体积庞大、复杂且耗能大，尤其是当它们使用机械可调光学器件时。 最近，带有曲面图像传感器视网膜的球形仿生眼引发了巨大的研究兴趣 1、2、3、4、5、6、7。 这种类型的设备具有几个吸引人的特征，例如简化的镜头设计、低图像像差、宽 FoV 以及类似于生物眼睛的外观，使其适用于人形机器人 8、9、10、11、12、13。 现有的带曲面镜片的球形眼睛通常是固定镜片，只能获取单色图像。 固定镜头无法对不同距离的物体成像。 另一方面，CCD/CMOS 图像传感器的传统彩色成像功能是通过使用彩色滤光片阵列实现的，这增加了器件制造的复杂性并导致光学损失 14、15、16、17、18、19。 典型的吸收性有机染料滤光片的紫外线和高温稳定性较差，而等离子体彩色滤光片的透射率较低20、21、22。 制造具有半球几何形状的滤色器阵列也更加困难，其中大多数传统微电子制造技术不适用。

我们展示了一种具有自适应光学的仿生眼，一种半球形的纳米线阵列，用于彩色成像，无需过滤器和神经形态处理能力。 半球形 CsPbI3 全无机纳米线阵列用于实现人工眼的主要光学传感功能。 该阵列可以在没有外部偏置的情况下产生光电流，从而形成一种自供电的工作模式。 已发现精心设计的混合结构表现出有趣的颜色依赖性双向突触反应，该反应是电解质辅助的。 该设备结构基于对颜色敏感的视锥细胞及其后续神经元的垂直排列。 它在 CsPbI3/NiO 纳米线核壳顶部垂直集成了具有离子流体的 SnO2/NiO 纳米管。 由光孔注入引起的 NiO 的正栅极环绕效应可以部分（蓝色波长）或完全（绿色和红色波长）由电解质平衡。 该设备可以根据照明波长产生正光电流或负光电流。 载流子在 SnO2/NiO 结构中积累，导致双向突触反应。 这种双向色敏光反应赋予视网膜独特的彩色成像功能，无需滤光片。 基于突触行为的神经形态预处理能力，以及自供电功能，有效降低了系统的能耗23、24、25、26、27、28。 还可以对每个像素的颜色选择性应用小偏差，以提高颜色信息的准确性。 我们表明该设备能够为 CNN 分类准确地重建彩色图像。 我们的仿生眼还通过集成液晶电子虹膜和人造水晶虹膜，在设备中集成了自适应光学技术。 电子虹膜控制到达视网膜的光量，增强动态范围。 电场可以很容易地调整两个光学元件，并且比之前报道的机械控制光学器件更快、更紧凑并且使用更少的能量。 补充表 1 将我们开发的系统与商用变焦镜头进行了比较。 这种独特特征的组合使仿生在结构和功能上与其生物对应物相同。

来源和详细信息：
https://www.nature.com/articles/s41467-023-37581-y