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科技日報記者 張夢然

美國賓夕法尼亞州立大學(xué)科學(xué)家從大自然中汲取靈感，開發(fā)出一種新設(shè)備，可通過模仿人眼中的紅、綠、藍光感受器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來生成圖像。他們用模仿人類視錐細胞的窄帶鈣鈦礦光電探測器創(chuàng)建了一個新的傳感器陣列，并將其連接到模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)形態(tài)算法，以處理信息并生成高保真圖像。研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)進展》上。

科學(xué)家們用模仿人類視錐細胞的窄帶鈣鈦礦光電探測器創(chuàng)建了一個新的傳感器陣列，并將其連接到模仿人類神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的神經(jīng)形態(tài)算法，以處理信息并生成高保真圖像。圖片來源：Kai Wang/《科學(xué)進展》

相機中的硅光電探測器可吸收光線但不區(qū)分顏色。外部過濾器可以將紅色、綠色和藍色分開，但過濾器只允許一種顏色到達光傳感器的每個部分，浪費了2/3的入射光。

此次研究團隊創(chuàng)造了具有嚴重不平衡電子空穴傳輸?shù)谋∧も}鈦礦，通過操縱不平衡鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，或者層的堆疊方式，創(chuàng)建了一個傳感器陣列，并使用投影儀通過設(shè)備投射圖像。在紅色、綠色和藍色層中收集的信息，都被輸入到三子層神經(jīng)形態(tài)算法中，這是一種模擬人腦運作的計算技術(shù)，可用于信號處理和圖像重建。

使用了鈣鈦礦材料的新設(shè)備，在吸收光線時會產(chǎn)生能量，這意味著其打開了無電池相機技術(shù)的大門——該器件結(jié)構(gòu)類似于利用光發(fā)電的太陽能電池，一旦用光照射它，它就會產(chǎn)生電流，所以就像人類眼睛一樣，不需要施加能量就能從光中捕捉信息。

這項研究還可能引發(fā)人工視網(wǎng)膜生物技術(shù)的進一步發(fā)展。由于該算法模擬了人類視網(wǎng)膜中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，基于這項技術(shù)的設(shè)備，有朝一日可替代人類眼中死亡或受損的細胞，從而恢復(fù)視力。

總編輯圈點：

視覺系統(tǒng)非常復(fù)雜，人類能欣賞到自然之美是一種幸運。因為感知和處理機制的不同，我們和地球上其它生物看到的世界并不一樣；甚至，人與人之間對顏色細微差異的分辨能力也有所差異。此次，科研人員通過模仿人眼中的感受器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來生成圖像，由于使用了新材料，這種設(shè)備在感受到光的同時就能產(chǎn)生電流，這也是對相機的革新。更令人振奮的是，該研究或許能推動人工視網(wǎng)膜生物技術(shù)的發(fā)展。未來，即使神經(jīng)細胞受損，人也能通過模擬看到花花世界。

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