类脑感光传感器，加速AI图像处理

一种模仿人脑工作机制的新型图像传感器，可同步完成感光与数据存储。此外，该器件能够自动清除不再需要的数据，为机器视觉效率实现突破性提升奠定基础。

如今数码相机普遍采用互补金属氧化物半导体（CMOS）或电荷耦合器件（CCD）实现光子到电子的转换，但这类器件无法存储图像，采集到的数据必须传输至存储器，再送入处理器运算。

俄勒冈州立大学电气工程与计算机科学教授Larry Cheng表示：“传统图像传感器仅负责拍摄画面，若数据不传输至独立存储单元，采集到的影像会立刻丢失。而我们研发的器件既能感光记录画面，更关键的是可以逐步遗忘过往信息，这种渐进式遗忘是本器件一项核心关键特性。”

上月，Cheng及其团队在《先进功能材料》期刊上介绍了这款光电晶体管器件。他表示，传统AI图像识别算法需要逐帧解析视频流，才能识别运动目标；而俄勒冈州立大学团队研发的这款传感器，会持续记录近期入射光线的强度变化，自动标记出有价值的光影变化与特征模式，且记忆留存时长可按需调节。例如，时速250公里的无人机仅需短暂留存光影变化记录，而门口监控摄像头需要长时间留存可疑人员逗留的影像轨迹。

Cheng称：“可自定义记忆时长是我们这套方案的核心优势，同一款传感器能够适配各类AI视觉任务，同时提升运算速度、降低功耗。”他补充道，在传感器端直接完成基础图像处理，有望大幅降低整体能耗。商用相机需要在传感器、存储器、处理器之间频繁传输数据，运行图像识别算法的能耗居高不下。

氧化物光电晶体管实验样机

研究人员打造的原型器件为4×4像素阵列，尺寸与U盘相当。像素阵列表层覆盖一层透明有机吸光层，可将入射光转化为电荷。

Cheng解释，光子照射感光层后会产生电子与空穴；电子会进入底层由铟镓锌氧化物（IGZO）制成的晶体管沟道，而空穴则是器件实现存储功能的核心载体。“感光层内存在能垒，空穴会被束缚在独立的有机半导体团聚体中。”Cheng说，“即便光源关闭，这些被俘获的空穴仍会通过静电作用持续调控晶体管沟道，让器件保留近期光照的记忆。”

存储电荷会随时间逐步衰减，但研究人员可通过向感光层施加电压，调控记忆留存时长。Cheng介绍，施加正向电压会将被俘获的空穴推离晶体管沟道，削弱其调控作用，加速电荷衰减，实现快速“遗忘”；反之，施加负电压会把空穴吸附至沟道附近，减缓电荷损耗，使器件的记忆时长延长至数小时甚至更久。

他表示：“这种可调存储特性让单一款器件适配不同场景，既能捕捉高速动态画面，也能长期留存视觉信息。”他还提到，有机感光层具备存储能力是研究过程中的意外发现。

研究团队选用IGZO晶体管，是因为该材料对可见光透明，不会吸收入射光线。Cheng表示：“这种设计将电荷传输功能与感光存储功能分离，感光、存储由有机感光层独立完成。”IGZO广泛应用于显示面板，电荷在其中传导速度快，晶体管漏电流极低，还适用于大面积制备工艺。两种材料结合后，单个像素单元就能在同一器件内同时实现感光、短时光影记忆两大功能。

Cheng称，该器件的工作逻辑借鉴了人脑机制：晶体管内的电荷作用类似神经递质多巴胺，能够强化神经元之间突触的连接强度，对应大脑形成记忆的过程。“当前我们仅在器件层面验证了该原理，并完成简易成像演示。”他说，“下一步我们会扩大像素阵列规模，研发一体化成像样机，实现实时时序成像与片上传感运算。我们计划在短期内完成相关功能验证。”