（來源：Nature Electronics）

例如，去電影院的時候，從明亮大廳走進(jìn)黑暗電影廳時，剛開始眼前一片漆黑，過段時間后才能看清周圍環(huán)境，這便是視覺暗適應(yīng)過程。

而在剛看完電影從電影院走出來后，假如走在陽光下會覺得很刺眼，要等一會才能看清周圍的景物，這一過程叫視覺亮適應(yīng)，這和視覺暗適應(yīng)過程正好相反。

受到視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能的啟發(fā)，柴揚開始研究具備視覺適應(yīng)功能的仿生視覺傳感器。

他說，雖然此前也有類似工作的少量報道，但往往只能實現(xiàn)視覺亮適應(yīng)功能，并不能模擬視網(wǎng)膜的暗適應(yīng)過程，距離完整的視覺適應(yīng)功能還有較大距離，最主要原因在于很難讓同一個光電器件同時擁有光電增強和光電抑制這兩種相反的特性。

為解決這一難題，該團隊設(shè)計了光電晶體管型的視覺傳感器，通過施加不同的柵極電壓的來控制器件視覺亮適應(yīng)和暗適應(yīng)程度，從而模擬視網(wǎng)膜中光接收細(xì)胞和水平細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能，最終制備出仿生視覺適應(yīng)傳感器。

有潛力用于自動駕駛、人臉識別和太空探測

柴揚介紹稱，該成果有潛力應(yīng)用于自動駕駛、人臉識別和太空探測。在自動駕駛領(lǐng)域當(dāng)汽車突然進(jìn)入非常暗或非常亮的環(huán)境中時，視覺傳感器可根據(jù)光照條件在傳感端，實現(xiàn)光靈敏度的調(diào)節(jié)，進(jìn)而準(zhǔn)確感知圖像。這樣的好處在于，無需經(jīng)過后端圖像處理器或云端信息處理，大大提升了系統(tǒng)的信息處理效率。

人臉識別也是一個重要應(yīng)用場景，當(dāng)室外攝像頭工作時，晝夜光強變化范圍大，無論是白天的強光還是夜間的黑暗，視覺傳感器能根據(jù)背景光強度，去調(diào)節(jié)光靈敏度從而準(zhǔn)確識別人臉。

在太空探測領(lǐng)域，太空中或一些星球上的光強分布范圍很廣，把具有視覺適應(yīng)功能的寬感知范圍視覺傳感器應(yīng)用在探測設(shè)備上，除了正常光照條件下的感知外，還可以在極端光照條件下（極弱或者極強光）探測外界環(huán)境和識別目標(biāo)。

這時，假如在機器人中使用具有視覺適應(yīng)功能的仿生視覺傳感器，將進(jìn)一步提升機器人視覺系統(tǒng)的智能程度。

（來源：Nature Electronics）

對于后續(xù)計劃，柴揚表示盡管此次展示了仿生視覺適應(yīng)傳感器的概念，并且具有較大的感知范圍，但是視覺適應(yīng)速度也和人眼的適應(yīng)速度相當(dāng)，因此要想應(yīng)用在實際產(chǎn)品中，還有一系列問題需要解決。

柴揚曾表示其目標(biāo)是“開發(fā)未來可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的器件結(jié)構(gòu)”。該團隊的后續(xù)計劃主要有四方面：其一，進(jìn)一步提升器件的視覺適應(yīng)速度，以實現(xiàn)微妙到幾十微秒量級；其二，進(jìn)一步降低器件功耗，把器件現(xiàn)有功耗再降低 10 倍以上；其三，實現(xiàn)更大規(guī)模的器件陣列制備，近期目標(biāo)是 100×100；其四，實現(xiàn)異質(zhì)集成，將仿生視覺適應(yīng)傳感器和硅基控制電路集成在一起。

（來源：Nature Electronics）

另據(jù)悉，該團隊的科研成果還曾受到香港特區(qū)行政長官林鄭月娥的關(guān)注。2021 年 7 月，香港特區(qū)行政長官林鄭月娥前來香港理工大學(xué)參觀訪問，柴揚科研團隊通過實物演示和講解的方式，向特首介紹了仿生視覺適應(yīng)傳感器。聽完介紹后，林鄭月娥非常感興趣，并詢問了該成果的應(yīng)用前景和產(chǎn)業(yè)化問題，最后鼓勵他們做出更多的成果。

放棄春節(jié)休息，大年初一堅持科研

據(jù)悉，此次發(fā)表發(fā)論文項目始于 2020 年，當(dāng)時香港的新冠疫情非常嚴(yán)重，論文第一作者廖付友冒著疫情逆向而行來到香港加入柴揚團隊。

圖 | 柴揚團隊于 2021 年 4 月在香港太平山頂合影

（左一為論文第一作者廖付友博士，左四為論文通訊作者柴揚老師）

在香港隔離結(jié)束后，廖付友立馬全身心投入研究，在最初幾個月，實驗進(jìn)展并不順利，早期實驗方案均以失敗告終。團隊成員一起反復(fù)討論找出問題所在，重新設(shè)計方案之后，一步一步取得新進(jìn)展。