日前，中国科学院金属研究所与国内多家单位的科研团队合作，开发出一种柔性碳纳米管-量子点神经形态人工视觉光电传感器。第一次通过高集成度物理器件阵列方式，实现超弱光脉冲(1 μW/cm2)响应，并完成神经形态强化学习的案例。与生物系统行为类似，光电传感器、存储元件和数据分析处理等组件在阵列中共享物理空间，并实时并行处理信息，这些结果对于试图模仿生物视觉处理的人工视觉系统具有重要的启发意义。

　　

　　人工视觉是指利用视网膜修复技术，向眼内植入集成电路芯片来帮助失明者恢复视觉的方法。人工视觉常应用的方法有两种：一种叫做“人工视网膜技术”;另一种叫做“电刺激视觉中 枢技术”。前者要基于患者的视觉传导通路以及视觉中 枢无功能性障碍，而后者对视觉传导通路无特殊要求，因此有更广泛的应用前景，目前估计失明患者有90%属于后一种情况。

　　

　　人工视觉的研究最 早始于上世纪50年代，1956年，美国科学家Tassiker发现在视网膜下植入光敏硒电池，可产生光感。60～70年代，科学家通过一系列实验观察到视觉系统能被外界电刺激激活。对原发性视网膜色素变性研究发现，即使感光细胞受到破坏，视网膜内层组织仍存在具有功能的神经细胞来传递和处理信息。到80～90年代，科学家开始进行人工视觉刺激器的研究。

　　

　　一个安装于失明者眼睛框上的微 型 摄 像机在摄取外界图像信息后，沿一条导线将信号传至安装在视网膜内表面的集成电路芯片上，后者由一个信号处理器和近100个由白金制成的盘状微电极组成。信号经处理后经微电极传递到视网膜内表面下层的神经细胞，并由后者完成余下的信号传导，直至抵达大脑皮层的视觉中 枢，形成视觉。

　　

　　这种植入芯片能否长时间存留于眼内便是一个问题。因为眼睛是一个非常娇嫩的器官，外来植入物的长期存留随时可能引起感染的发生，而研究人员的最终目标是要在眼内永 久性安装这样一枚芯片。另外，体液内各种电解质成分对芯片的长期侵蚀也会使芯片的寿命缩短。

　　

　　植入芯片的适应性也是一个难题，尤其是当眼球快速转动时，这种由硅制成的薄片能否随视网膜的内表面一起自由地运动而又不会划伤视网膜，便成为问题的关键所在。

　　

　　微电极与视网膜内表面接触点处的电冲动的强度大小。已知接受电冲动的神经细胞位于视网膜内表面下50-100微米处。要穿越这段距离，电极传来的电冲动的强度要足够大，才能保证下面的神经细胞能被有效地激活。但这种电冲动会产生一定的热量。如果强度过大，很有可能会灼伤视网膜。

　　

　　微电极的设计尺寸。研究人员的目标是让失明者看到的图像尽可能地清晰。这就要求每个微电极要尽可能的小，其传出的电冲动的刺激范围尽可能的集中，这样在单位面积里受到刺激的神经细胞数就尽量多，所传递的信息就会更丰富。但问题是过于集中的电冲动也会产生高温。

　　

　　大脑皮层会接受植入芯片传来的信号，并把它们还原为图像信息而产生视觉。

　　

　　碳纳米管，又名巴基管，是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管主要由呈六边形排列的碳原子构成数层到数十层的同轴圆管。层与层之间保持固定的距离，约0.34nm，直径一般为2~20 nm。并且根据碳六边形沿轴向的不同取向可以将其分成锯齿形、扶手椅型和螺旋型三种。其中螺旋型的碳纳米管具有手性，而锯齿形和扶手椅型碳纳米管没有手性。

　　

　　碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。近些年随着碳纳米管及纳米材料研究的深入其广阔的应用前景也不断地展现出来。

　　

　　常用的碳纳米管制备方法主要有：电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法(碳氢气体热解法)、固相热解法、辉光放电法、气体燃烧法以及聚合反应合成法等。

　　

　　碳纳米管具有良好的传热性能，CNTs具有非常大的长径比，因而其沿着长度方向的热交换性能很高，相对的其垂直方向的热交换性能较低，通过合适的取向，碳纳米管可以合成高各向异性的热传导材料。另外，碳纳米管有着较高的热导率，只要在复合材料中掺杂微量的碳纳米管 ,该复合材料的热导率将会可能得到很大的改善。

　　

　　碳纳米管可以制成透明导电的薄膜，用以代替ITO(氧化铟锡)作为触摸屏的材料。先前的技术中，科学家利用粉状的碳纳米管配成溶液，直接涂布在PET或玻璃衬底上，但是这样的技术至今没有进入量产阶段;目前可成功量产的是利用超顺排碳纳米管技术;该技术是从一超顺排碳纳米管阵列中直接抽出薄膜，铺在衬底上做成透明导电膜，就像从棉条中抽出纱线一样。

　　

　　光电传感器是将光信号转换为电信号的一种器件。其工作原理基于光电效应。光电效应是指光照射在某些物质上时，物质的电子吸收光子的能量而发生了相应的电效应现象。根据光电效应现象的不同将光电效应分为三类：外光电效应、内光电效应及光生伏特 效应。光电器件有光电管、光电倍增管、光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光电池等。分析了光电器件的性能、特 性曲线。

　　

　　光电传感器一般由处理通路和处理元件2 部分组成。其基本原理是以光电效应为基础，把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将非电信号转换成电信号。光电效应是指用光照射某一物体，可以看作是一连串带有一定能量为的光子轰击在这个物体上，此时光子能量就传递给电子，并且是一个光子的全部能量一次性地被一个电子所吸收，电子得到光子传递的能量后其状态就会发生变化，从而使受光照射的物体产生相应的电效应。通常把光电效应分为3 类：

　　

　　(1)在光线作用下能使电子溢出物体表面的现象称为外光电效应，如光电管、光电倍增管等;

　　

　　(2)在光线作用下能使物体的电阻率改变的现象称为内光电效应，如光敏电阻、光敏晶体管等;

　　

　　(3)在光线作用下，物体产生一定方向电动势的现象称为光生伏特 效应，如光电池等。

　　

　　新闻来源：中国科学院