視覺是人類感知世界的核心通道，也是自動(dòng)駕駛、具身智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）等新興領(lǐng)域獲取環(huán)境信息的關(guān)鍵入口。當(dāng)前，人工智能視覺任務(wù)正朝著高維度、實(shí)時(shí)化、低功耗的方向加速演進(jìn)，傳統(tǒng)視覺系統(tǒng)中“傳感器—存儲(chǔ)器—處理器”物理分離的架構(gòu)，面臨著數(shù)據(jù)搬運(yùn)量大、系統(tǒng)延遲高和能耗居高不下等瓶頸?！皞鞲衅鲀?nèi)計(jì)算”為突破這一瓶頸提供了可行路徑，但普遍存在硬件復(fù)雜度高、集成規(guī)模與功能多樣性難以兼顧的問題，嚴(yán)重制約了智能視覺系統(tǒng)在復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的自適應(yīng)感知與實(shí)時(shí)處理能力。
麥姆斯咨詢獲悉，近日，清華大學(xué)信息國(guó)家研究中心光電智能技術(shù)交叉創(chuàng)新群體在類腦光電感知領(lǐng)域取得重要突破，成功研制出一種面向可重構(gòu)光電計(jì)算的多響應(yīng)類視網(wǎng)膜傳感器（MRRS），為低功耗、高通量智能視覺系統(tǒng)提供了全新器件與架構(gòu)方案。
研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出并構(gòu)建了基于碲化銻（Sb?Te?）/二硫化鉬（MoS?）橫向異質(zhì)結(jié)的兩端器件，在單一器件內(nèi)集成光電二極管、光電突觸、光電神經(jīng)元三重響應(yīng)，可通過調(diào)節(jié)源漏偏置電壓與入射光聚焦程度，實(shí)現(xiàn)三種工作模式的原位可逆切換，硬件結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)、功能高度集成。MRRS傳感器的設(shè)計(jì)借鑒了生物視網(wǎng)膜中光感受器、雙極細(xì)胞和神經(jīng)節(jié)細(xì)胞協(xié)同處理視覺信息的機(jī)制：零偏壓下，呈現(xiàn)快速光電二極管響應(yīng)，可用于靜態(tài)圖像感知；低偏壓和發(fā)散光照條件下，產(chǎn)生具備保持與累積特性的光電突觸響應(yīng)，可模擬短時(shí)/長(zhǎng)時(shí)可塑性以及學(xué)習(xí)—遺忘—恢復(fù)等行為；低偏壓和聚焦脈沖光刺激下，展現(xiàn)生物神經(jīng)元典型的漏電積分—發(fā)放特性，完成動(dòng)態(tài)光信號(hào)脈沖頻率編碼，適配復(fù)雜動(dòng)態(tài)場(chǎng)景處理需求。
圖1 多響應(yīng)類視網(wǎng)膜傳感器（MRRS）的工作機(jī)制及其光電計(jì)算任務(wù)演示
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，MRRS傳感器在自供電狀態(tài)下具備低暗電流與微秒級(jí)快速響應(yīng)能力。光電突觸模式可依據(jù)光脈沖寬度、功率密度和頻率等光脈沖參數(shù)靈活調(diào)控突觸電流，實(shí)現(xiàn)從短時(shí)可塑性到長(zhǎng)時(shí)可塑性的平滑轉(zhuǎn)變。光電神經(jīng)元模式基于界面陷阱介導(dǎo)的勢(shì)壘調(diào)制機(jī)制，當(dāng)光電流達(dá)到閾值后觸發(fā)神經(jīng)元式發(fā)放并自動(dòng)復(fù)位，省去傳統(tǒng)復(fù)雜電學(xué)轉(zhuǎn)換電路，單次脈沖能耗降至皮焦（pJ）量級(jí)，大幅提升能效表現(xiàn)。
在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建了32×32規(guī)模的MRRS類視網(wǎng)膜傳感陣列，并與前端空間衍射層融合，構(gòu)建“前端光場(chǎng)調(diào)制+傳感器內(nèi)并行計(jì)算”的可重構(gòu)光電計(jì)算架構(gòu)。輸入圖像與視頻經(jīng)光場(chǎng)編碼、衍射層特征預(yù)處理后，由傳感陣列直接完成靜態(tài)識(shí)別、動(dòng)態(tài)記憶、脈沖編碼等核心功能，實(shí)現(xiàn)感存算一體化，為端側(cè)智能視覺提供創(chuàng)新技術(shù)路徑。系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)基于脈沖編碼的跨任務(wù)遷移學(xué)習(xí)，在不同視覺數(shù)據(jù)集間快速?gòu)?fù)用模型特征，減少訓(xùn)練開銷，顯著提升動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下的泛化能力與任務(wù)適配效率。
未來，結(jié)合微型化衍射光學(xué)元件、片上集成封裝和寬譜響應(yīng)材料體系，該類多響應(yīng)類視網(wǎng)膜傳感器有望應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、衛(wèi)星遙感、具身機(jī)器人和智能終端等高通量、低功耗視覺計(jì)算場(chǎng)景。
該研究成果以“面向可重構(gòu)光電計(jì)算的多響應(yīng)類視網(wǎng)膜傳感器”（Multi-responsive retinomorphic sensor for reconfigurable optoelectronic computing）為題發(fā)表在《自然·傳感》（Nature Sensors）。
清華大學(xué)信息國(guó)家研究中心為論文第一完成單位。信息國(guó)家研究中心光電智能技術(shù)交叉創(chuàng)新群體首席科學(xué)家、電子工程系教授方璐，副研究員王鈺言，超感知與人機(jī)融合交叉創(chuàng)新群體首席科學(xué)家、集成電路學(xué)院教授任天令為論文共同通訊作者；集成電路學(xué)院碩士生王昱豪、電子工程系博士后程遠(yuǎn)（現(xiàn)上海交通大學(xué)副教授）、集成電路學(xué)院博士生潘炯為共同第一作者。該研究得到國(guó)家科技重大專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市科技新星計(jì)劃、清華大學(xué)篤實(shí)計(jì)劃、科學(xué)探索獎(jiǎng)等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s44460-026-00081-9
《CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-2025版》
《汽車ADAS CMOS圖像傳感器對(duì)比分析-2026版》
《高光譜和多光譜成像技術(shù)、應(yīng)用和市場(chǎng)趨勢(shì)-2025版》
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《光學(xué)MEMS器件對(duì)比分析-2026版》
《光學(xué)MEMS產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀-2026版》
