人类视觉系统的高效信息处理能力,源自视网膜内复杂的神经网络和精妙的离子调控机制。视网膜通过抑制型和兴奋型突触的协同作用,实现对光信号的动态调控,从而提升视觉对比度、抑制噪声,完成图像识别和运动追踪等复杂任务。如何赋予机器类似的视觉感知能力,是仿生视觉与机器视觉领域的重要课题之一。现有的人工视觉系统多依赖电子传导机制,以电子为信息载体来模拟突触功能,已在特征提取、图像处理和运动追踪等方面取得了一定的成果。然而,与生物视网膜依靠离子传递信号的机制相比,电子系统在与生物体交互时存在信号匹配性不足的局限。为此,科学家们开始探索以离子传输机制为核心的仿生视网膜,希望更贴近人类视觉的工作原理,进一步提升人工视觉系统的生物兼容性和信息处理能力。
图5. 运动分析和路径规划。
相比于传统的电子神经形态器件,这种基于离子水凝胶的器件采用与生物系统更为契合的“语言”——离子信号,为仿生视觉系统的构建提供了一种全新的思路。未来,随着离子器件在性能优化与集成度提升方面的不断进展,基于离子调控机制的仿生视网膜有望在机器人视觉、智能医疗、自动驾驶等领域发挥重要作用。这项研究通过模拟生物视网膜精妙的离子调控机制,让我们离实现真正的类人视觉又近了一步。或许在不久的将来,拥有“仿生之眼”的机器不仅能感知光影、辨识路径,更能以接近人类的方式理解世界,为人工智能与机器视觉的融合发展开启崭新的篇章。
相关研究成果以“Bio-Inspired Retina by Regulating Ion-Confined Transport in Hydrogels”为题发表在“Advanced Materials”期刊上。澳门大学和南方科技大学联培的博士生张红杰为论文第一作者,南方科技大学硕士研究生王淞为共同第一作者,肖凯副教授(南方科技大学),王瑞兵教授(澳门大学),刘泉影助理教授(南方科技大学)和王力博士(已于今年2月份入职南京工业大学)共同担任通讯作者。
论文链接:https://doi.org/10.1002/adma.202500809.
肖凯副教授课题组长期招聘研究助理教授、博士后、科研助理和交流学生。课题组自2021年9月成立,围绕“神经仿生材料”“类脑计算器件”“神经调控技术”开展多学科交叉研究。课题组成员以南科大为第一单位在Nat. Commun., Sci. Adv., Angew等杂志发表多篇文章,课题组多位博士后成员获批国自然青年基金、博士后海外引才专项基金等。具体信息见课题组网站:http://www.xiaokai-group.cn/。
招聘科研背景要求:
2. 器件制备:具有生物电子/柔性电子器件、微纳电子器件、微纳流体器件、神经拟态器件、可穿戴器件、智能传感器件、清洁能源器件等研究背景者优先。
3. 生物信号调控及神经计算:具有神经工程、细胞/生物电生理调控、神经计算等研究背景者优先。
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