摘要：澳大利亚墨尔本的皇家墨尔本理工大学的工程师们发明了一种基于二维化合物半导体MoS2的微型神经形态器件，该器件能像人脑一样检测手部动作、存储记忆并处理信息。

澳大利亚科学家开发出可检测手部动作、存储记忆并处理信息的神经形态器件

澳大利亚墨尔本的皇家墨尔本理工大学的工程师们发明了一种基于二维化合物半导体MoS2的微型神经形态器件，该器件能像人脑一样检测手部动作、存储记忆并处理信息。

这项题为“Photoactive monolayer MoS2 for spiking neural networks enabled machine vision applications”的研究发表在Advanced Materials Technologies上。

团队负责人Sumeet Walia表示，这项创新标志着在自动驾驶汽车、先进机器人和其他新一代应用中实现即时视觉处理以改善人机交互方面迈出了一步。

皇家墨尔本理工大学光电子材料与传感器中心（COMAS）主任Sumeet Walia表示：“神经形态视觉系统旨在使用与人脑类似的模拟处理，与目前使用的数字技术相比，可大大减少执行复杂视觉任务所需的能量。”

这项研究汇集了神经形态材料和先进信号处理，由COMAS副主任Akram Al-Hourani领导。

该团队在最新研究中展示了如何利用MoS2中的原子级缺陷捕捉光线并将其处理为电信号，类似于人脑中神经元的工作方式。

Sumeet Walia表示：“这款概念验证器件模仿了人眼捕捉光线的能力和人脑处理视觉信息的能力，因此能够在无需消耗大量数据和能量的情况下，即时感知环境变化并形成记忆。”

“相比之下，当前的数字系统非常耗电，无法跟上数据量和复杂性的提高，这限制了其做出‘真正’实时决策的能力。”

皇家墨尔本理工大学已经为这项研究申请了临时专利。

在实验过程中，该器件检测到了挥手动作的变化，而无需一帧一帧地捕捉事件——这种边缘检测所需的数据处理和功耗要少得多。

一旦检测到变化，该器件就会像大脑一样将这些事件存储为记忆。

研究人员在人眼可见的光谱范围内进行了多项实验，这些实验基于该团队此前在紫外光领域进行的神经形态研究。

Thiha Aung表示：“我们证实，原子厚度的MoS2可以精确复制泄露整合发放（leaky integrate-and-fire，LIF）神经元行为，这正是脉冲神经网络的一个基本构建要素。”

以往的紫外光研究只涉及静态图像的检测、记忆形成及处理。在可见光谱器件和紫外光器件中，记忆均可被重置，这样器件就可以执行下一项任务。

潜在应用

该团队的创新有朝一日可以提高自动驾驶汽车和先进机器人系统对视觉信息的响应速度，这在危险和不可预测的环境中尤为重要。

Sumeet Walia表示：“神经形态视觉仍需多年才能用于这些应用，它几乎可以立即检测到场景中的变化，而无需处理大量数据，可实现更快的响应，从而挽救生命。”

Akram Al-Hourani表示：“对于在制造业中或作为个人助理与人类密切合作的机器人来说，神经形态技术能以极低延迟识别并响应人类行为，从而实现更自然的交互。”

该团队目前正在将概念验证单像素器件扩展为更大的MoS2器件像素阵列。

澳大利亚研究理事会近期为该团队提供了一笔“基础设施、设备和设施联动”（LIEF）资助，以支持该团队扩大其神经形态器件的规模。

Sumeet Walia表示：“尽管我们的系统模拟了大脑神经处理的某些方面，特别是视觉方面，但它仍然只是一个简化模型。”

“我们将对该器件进行优化，使其能够在具体实际应用中执行更复杂的视觉任务，还将进一步降低其功耗。”

该团队计划开发将其模拟技术与传统数字电子技术相集成的混合系统。

Sumeet Walia表示：“我们认为我们的研究是对传统计算的补充，而不是替代。”

“传统系统擅长许多任务，但我们的神经形态技术在视觉处理上具有优势，在视觉处理中，能效和实时工作至关重要。”

该团队还在研究除MoS2之外的其他材料，这些材料可能会将功能扩展到红外范围，从而实现对全球排放物的实时追踪，以及对有毒气体、病原体、化学品等污染物的智能检测。

来源：雅时化合物半导体

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来源：CSC化合物半导体