三项研究接连发表于国际高水平期刊 西浦团队从材料端解码智能感知

让智能系统在弱光中“看懂”人的动作

光线不足时，智能系统能否感知并理解正在发生的事情？

夜间或弱光环境下，可见光非常有限，传统视觉设备的感知能力容易受到影响。人工智能与先进技术学院的方欲晓博士从猫等夜行哺乳动物的视觉机制中获得启发，研发了一种面向弱光环境的神经形态视觉器件。

“我们希望模仿的不仅仅是动物在弱光环境下的视觉能力，更重要的是它处理视觉信息的方式。”方欲晓博士介绍。

与传统视觉传感器主要记录单帧画面不同，生物视觉能够整合一段时间内的信息，从连续变化中判断正在发生什么。团队希望将这种“时间记忆”能力引入人工视觉系统，让器件不仅感知光信号，还能保留部分此前发生的信息。

夜行哺乳动物视觉机制示意图

为此，团队首次将II型 PbS/PbSe 核壳量子点与柔性碳纳米管光突触晶体管相结合，并通过材料、器件、阵列与算法的协同设计，将生物视觉中的时间积分与记忆机制融入人工视觉硬件。

这种设计使系统能够关注“动作是怎样发生的”，而不仅是某一时刻呈现出什么姿势。例如，一个人突然捂住胸口，单独观察某一帧画面可能难以判断发生了什么；结合此前一段时间的动作变化，系统则能够获得更完整的信息。

在研究验证中，团队将这些具有时间记忆特性的器件集成成柔性光突触阵列，并实现了人体动作识别，能够识别与头痛、胸痛、恶心和呕吐等健康状态相关的动作模式。

这项研究为弱光环境下的持续视觉感知提供了新的思路。未来，这类技术有望应用于夜间家庭监控、老年人照护和低功耗边缘视觉等场景，让智能设备在光线有限的环境中，不只是“看见”，更能够从连续的变化中理解周围正在发生的事情。

相关论文 《Presynaptic Optical Modulation Enabled by Dielectric-Embedded Type-II PbS/PbSe Quantum Dots for Near-Infrared Neuromorphic Vision 》于7月14日被《Advanced Materials》接收，8月28日在线发表。方欲晓为论文共同第一作者之一，赵春为通讯作者之一。

让机器视觉适应明暗变化

相比弱光环境，光线在短时间内发生剧烈变化，同样会给机器视觉带来挑战。比如汽车进出隧道时，环境会在短时间内从昏暗变得明亮，人眼可以迅速适应，但传统视觉设备可能出现画面过亮或过暗，影响对目标的识别。

西浦的研究团队研发了一种能够自动适应光线变化的视觉器件，让人工视觉系统也能像人眼一样，根据环境亮度快速调整感光状态。

论文共同第一作者之一、人工智能与先进技术学院博士生赵梓深介绍，团队通过结合两种不同材料，构建了一种新型感光结构，使器件能够根据光线强弱自动调节对光的响应。

研究团队模拟了在自动驾驶中的应用场景。测试结果显示，该器件能够在光线变化过程中持续识别道路和车辆等目标，相关目标识别准确率超过90%。

“对于自动驾驶来说，如果视觉系统能够自己完成这种明暗调整，就可以减少对复杂外部电路和后期图像处理的依赖，降低系统复杂度，提升视觉感知的实时性和稳定性。”赵梓深说。

相关论文《 Hydrogen-bonded Organic Frameworks Enable In-sensor Perovskite Photoadaptation for Ultralow-power Neuromorphic Vision 》于7月3日被《Matter》接收，7月30日在线发表。论文共有三位共同第一作者，赵梓深为其中之一，赵春为通讯作者之一。

此外，该器件的能耗极低，单次工作能耗仅约1.8阿焦耳。未来，团队将进一步扩大器件阵列规模，提升其稳定性，实现更加完整的实时视觉系统。

为什么二维材料会形成螺旋？

智能感知能力的提升离不开对材料特性的理解与调控。未来的手机、可穿戴设备和传感器需要越来越轻、越来越薄，只有几个原子层厚的二维材料因此受到广泛关注。但要更好地利用这类材料，研究人员首先需要了解它们是如何形成的，以及为什么会呈现不同的结构。

与把一块材料直接切薄不同，制造二维材料时，需要让原子逐渐聚集、排列并结合，最终形成薄薄的材料层，这个过程被称为“生长”。在这一过程中，原子可能从不同位置开始形成，并相互影响，产生特殊的结构。

刚在西浦完成博士后工作的乔沛宇博士参与的研究聚焦二维材料螺旋结构的形成机制。

为了直接观察材料形成过程，团队在材料表面增加了一层保护结构，避免样品在观察过程中受到破坏，实现了原子尺度的观察。研究发现，过去认为主要由单一生长点形成的螺旋结构，实际上是多个生长点共同作用、相互影响和竞争的结果。

二维材料螺旋生长过程示意图，展示多个生长点从形核、弯曲到形成螺旋结构的演变过程。

这一发现进一步揭示了二维材料形成特殊结构的机制，有望帮助研究人员更加精准地调控二维材料的结构，为轻薄柔性电子、传感器等新型器件提供材料基础。

相关论文 《Multiscale Insights into Screw Dislocation-driven Growth Mechanisms 》于8月22日被《Science Advances》接收，10月9日在线发表。乔沛宇为第一作者，赵春为通讯作者之一。

从材料到器件，探索智能感知

谈及近期发表的多项研究成果，赵春教授表示，课题组一直关注从材料、器件到系统和应用的完整研究链条。

“今年以来，我们课题组已有多项研究成果发表于《Advanced Materials》《Science Advances》《Nature Communications》《Matter》等领域内高水平期刊。这些研究体现了团队在材料、器件和智能感知等交叉领域持续积累的研究基础，也说明不同研究方向之间正在形成更加紧密的联系。”

“我们希望做的不只是单篇论文，而是围绕一个方向持续深入，从材料的基础问题出发，发展新的器件，再进一步与系统和应用结合，推动不同研究方向之间形成协同，让基础研究产生更大的价值。”

记者：金画恬 编辑：寇博