Nat Commun│南京工业大学黄维等团队合作开发仿生眼

经过数百万年的进化，大多数生物眼睛都拥有弯曲形式的感光器阵列，具有宽带光感知、神经形态视觉和视网膜移植功能，使眼睛能够以超低功耗有效地捕捉和处理视觉信号。这些非凡的特征激发了模拟具有半球形结构的人造眼睛和由硅、钙钛矿纳米线和其他二维异质结构等材料制成的视网膜光感受器。人造眼睛在电源下呈现宽视场 （FOV） 和高分辨率成像，它们通常需要与额外的计算硬件集成以进行信号处理。这种包含独立传感和处理单元的近传感器计算架构不可避免地会产生低效的速度、冗余数据和高能耗。最近，基于自供电光子的人工眼被构建出来，光感受器表现出有限的光响应范围。此外，它们的刚性部件使其制造复杂且构象不够灵活，导致生产成本高且应用场景有限。为了应对这些挑战，有必要开发具有传感器内计算能力的先进仿生眼，用于机器视觉，特别是自动驾驶、视网膜移植和高适形能力。

该研究展示了一种人工自供电半球形视网膜形态眼（SHR-E），该眼球由异双层离子柱林作为视网膜光感受器组成，并通过实验研究了用于实时光学成像和运动跟踪的神经形态光感知、视网膜移植和视觉恢复。章鱼眼启发的SHR-E系统的示意图如图所示。除了人眼中晶状体、虹膜、视神经、视网膜色素和感光器的结构相似性外，章鱼眼的视网膜是倒置的，其中光感受器层位于视神经的前方，因此没有盲点。

在SHR-E的设计中，光敏异质结是通过选择性聚吡咯开发的纳米粒子（PPy-NPs）掺杂离子柱，柱阵可以直接植入透明离子基石半球表面，朝向入射光形成视网膜状柱状森林，同时具有光电转换器和神经电可塑性。离子凝胶内部的自供电特性主要由光热电诱导离子漂移提供，这与以往光伏效应诱导的自供电光学突触不同，使其成为节能自主传感技术的巨大潜力。此外，全软组件赋予视网膜出色的保形和可拉伸能力，可以粘附在任何具有复杂几何形状的物体上。研究方法为构建零功率光电探测器提供了一种简单有效的途径，特别是可移植的器官样适形视网膜光感受器。

具有离子异质结视网膜的仿生SHR-E结构（Credit: Nature Communications）