氢键有机框架可实现传感器内钙钛矿的光适应功能，从而用于超低功耗的类脑视觉系统

《Matter》：Hydrogen-bonded organic frameworks enable in-sensor perovskite photoadaptation for ultralow-power neuromorphic vision

　　

进展与潜力

自主机器需要这样的视觉系统：在环境光线突然变化时仍能保持稳定，比如在隧道入口和出口处。目前的图像传感器往往动态范围有限，需要依靠外部电路及拍摄后的处理来解决过曝和欠曝问题，这会增加系统的复杂度。更为高效的方法是将适应性功能集成到感光材料本身，从而在接收光信号时就对其进行调整。本研究通过使用有机氢键有机框架来调节钙钛矿晶格的应变，进而控制相应的光生载流子行为，为这一方向提供了思路。该策略并非将缺陷相关过程视为不利因素，而是将其转化为实现光依赖性视觉适应的功能基础。在材料层面进行调控有望让未来的传感器能够在简单且低功耗的架构中感知、适应并预处理视觉信息，这对于自动驾驶、机器人技术、人工视网膜以及边缘人工智能而言都具有巨大前景。

要点总结

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研制出一种基于共生长PVK@HOF异质结构的新型视网膜状器件

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该视网膜状器件具备互补的光视和暗视适应能力

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该器件阵列在动态驾驶场景下能实现超过90%的物体识别准确率

摘要

要模拟生物视觉系统，就需要具备出色的适应能力，以便在各种动态条件下都能实现稳定的光感知。然而，由于动态范围有限、外围电路复杂以及能耗较高，要在单一人工器件中实现互补的光视和暗视适应仍然是个难题。在这里，我们基于钙钛矿-氢键有机框架共生长异质结构（PVK@HOF）开发出一种新型视网膜状器件，利用氢键有机框架来调节钙钛矿晶格的应变。这种结构设计无需额外的复杂电路，就能实现基于强度的光生载流子动态调节，从而使PVK@HOF器件具备同时进行光视和暗视适应的能力。值得注意的是，该器件具有创纪录的低能耗水平（1.8 aJ）、宽光谱响应范围（365–800纳米）、符合韦伯定律的感知能力，以及超宽的104分贝动态范围，能够实现高亮度环境下的成像功能。此外，由PVK@HOF构成的视觉阵列在多种自动驾驶场景下能实现超过90%的物体识别准确率，为构建下一代类似视觉功能的成像系统以及传感器内的神经形态计算系统奠定了重要基础。

图形摘要