背景介绍

仿生视觉系统旨在模仿生物视觉的高效环境适应能力与多维信息处理功能，在自动驾驶、卫星遥感、生物医学成像等领域具有重要应用价值。自然界中，昆虫（如蜜蜂）的复眼通过偏振敏感光感受器和动态光适应机制，能够同时感知光强和偏振方向，实现复杂环境下的精准导航与场景识别。这种多维感知能力（如光强与偏振的协同处理）为人工视觉系统的设计提供了灵感。然而，传统视觉技术常面临“功能分离”问题：偏振检测与明暗环境适应依赖独立组件，导致系统复杂、能耗高。现有偏振敏感器件或光适应器件多依赖外部栅极电压、异质结构或复杂电路调控，难以在单一平台上集成多维感知功能。

成果简介

松山湖材料实验室梁齐杰研究员课题组和郑州大学林沛教授课题组携手合作报道了一种通过金属-半导体接触工程构建了具有光适应与偏振敏感特性的二维PdSe₂晶体管，实现了紧凑的多维感知仿生视觉。该晶体管通过PdSe₂的各向异性和不同金属接触的界面特性差异，动态调节光生载流子动力学，在单一平台上融合明暗环境自适应与偏振检测，模拟了生物视觉对光强和偏振的协同处理能力。在电、光脉冲刺激下，该晶体管可产生兴奋性/抑制性突触电流（EPSC/IPSC），并呈现出长时程增强/抑制（LTP/LTD）等神经形态特性，为突触权重调控和信息处理提供硬件基础。通过硬件-软件协同优化，经SRResNet-GAN算法实现图像增强，该晶体管对手写数字图像的识别准确率在暗适应与光适应状态下分别高达98%和97%，验证了其在复杂光照场景下的高精度检测能力。本研究基于接触工程的界面调控策略，避免了传统器件依赖外部电压或异质结构的复杂性，同时集成了PdSe₂的各向异性，实现了无栅极电压驱动的自适应操作和偏振检测能力，降低能耗并简化系统集成，为下一代低功耗、高集成度的仿生视觉系统提供了新范式，在自动驾驶、遥感成像、生物医学检测等领域具有广阔的应用前景。

图文导读

图1 蜜蜂偏振光适应视觉以及PdSe₂晶体管模拟蜜蜂在偏振光环境下的明暗自适应示意图。

图2 PdSe₂晶体管的接触特性、电学特性和突触行为表征。

图3 光强依赖的光子突触行为模拟。

图4 偏振依赖的光子突触行为模拟。

图5 基于PdSe₂晶体管构建SRResNet-GAN 架构，实现在明暗环境下仿生视觉中的图像增强识别仿真。

作者简介

梁齐杰，松山湖材料实验室研究员，海外优青人才项目入选者，国家重点研发计划青年项目首席科学家，博士生导师。主要从事低维半导体与新型电子/光电器件研究，已发表SCI论文70余篇，包括Nat. Commun.、Adv. Mater.等期刊论文，其中20余篇被引超过100次，总被引5600余次，先后有6篇论文入选ESI高被引论文，H-index为36，获Wiley中国开放科学高贡献作者奖。申请国际国内专利20项，其中8项已授权。参与撰写中英文专著2部。近五年，主持国家以及省市级科研项目共6项。担任National Science Open、Materials Futures期刊青年编委，APL Materials客座编辑，中国体视学学会材料科学分会理事，广东省材料研究学会理事。

文章信息

Ma S, Lin X, Du J, et al. Light-adaptable and polarization-sensitive bionic vision by contact engineering for multi-dimensional imaging recognition. Nano Research, 2025, https://doi.org/10.26599/NR.2025.94907546.

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