麥姆斯咨詢獲悉，近日，哈爾濱工業大學深圳校區徐成彥、秦敬凱團隊在神經形態仿生視覺傳感領域取得重要突破，相關成果以《具有可調景深三維視覺功能的超高密度波導耦合型神經形態仿生眼》（A neuromorphic bionic eye with ultradense waveguide-coupled pixels for depth-tunable 3D vision）為題，發表于《自然傳感》（Nature Sensors）期刊。該研究開發了基于超高密度波導耦合型像元的神經形態人工眼系統，打破了傳統的探測器中感光面積和探測靈敏度之間的制約關系，并實現了高質量空間成像和預處理功能的高效集成，為3D視覺及智能視覺傳感技術的發展提供了新方案。
哈工大為論文第一單位。哈工大深圳校區秦敬凱教授、徐成彥教授，南方科技大學周菲遲副教授為論文共同通訊作者。哈工大深圳校區博士研究生黃沛禹為論文第一作者，南方科技大學博士生江碧怡為論文共同第一作者。該研究得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金、深圳市科技計劃等項目支持。
人眼視網膜不僅具有曲面結構以降低光學像差，還能通過突觸可塑性對視覺信號進行預處理，從而實現高效的信息感知。受此啟發，模擬人眼結構和功能的神經形態器件與曲面仿生視覺系統成為目前研究熱點，但大多數研究均聚焦于二維平面光電突觸器件的開發，其較大的面積開銷限制了像元的高密度集成，難以同時兼顧高靈敏光探測和高密度集成。此外，仿生視覺系統通常采用固定曲率結構，無法匹配可調焦鏡頭在不同焦距下產生的彎曲像面，制約了其在寬視場、低像差成像以及高質量三維視覺感知中的應用。
研究人員設計開發了一種基于超高密度波導耦合型像元的神經形態人工眼系統，通過在垂直排列的SU-8微柱波導表面同軸集成InNx光電探測器，構筑了模擬生物視網膜感光細胞結構和功能的一維像素單元。得益于波導結構增強的光－物質相互作用和擴展的軸向吸收長度，表面InNx器件的光吸收效率在極小面積開銷下得到了大幅提高，突破了傳統光電探測器中像素密度與探測靈敏度之間的限制。基于該像素結構，團隊實現了最高約101? Jones的比探測率和7000 PPI（每英寸像素數）的集成密度，其像元集成密度超過了人眼視網膜感光細胞密度約一個數量級。基于InNx內部天然的N空位等缺陷產生的持久光電導效應，器件實現了對生物突觸可塑性的模擬。
在此基礎上，團隊構建了以垂直波導耦合型像元陣列為核心的曲率可調神經形態人工眼系統。不同于傳統固定曲率的人工眼無法隨調焦過程動態匹配像面的限制，該系統能夠根據成像距離主動調節傳感器曲率，使探測面與光學焦面在寬成像范圍內保持匹配，從而實現低像差、高質量三維視覺成像，其具有110°的寬視場和45.7%的場曲校正率。結合器件內信號處理能力與動態像差補償機制，該系統不僅能夠通過感內去噪提升人工神經網絡圖像識別精度，還實現了96.1%高精度三維空間運動跟蹤與軌跡重構功能，為智能機器人和交互式人工智能系統提供了全新的仿生視覺解決方案。
波導耦合型像元及其神經形態人工眼
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s44460-026-00119-y
