示意圖顯示了石墨烯上PQD的生長，從而形成了G-PQD上層結構和擬議的應用。圖片來源：Science Advances（2020）

中央佛羅里達大學（UCF）的研究人員正在幫助彌合人腦與機器思維之間的鴻溝。

在今天發表在《科學進展》雜志上的封面文章中，UCF研究小組表明，通過將兩種有前途的納米材料結合到新的超結構中，他們可以制造出一種模仿人類視覺的腦細胞神經通路納米裝置。

UCF納米科學技術中心和材料科學與工程系的副教授杰安·托馬斯（Jayan Thomas）說：“這是開發神經形態計算機的第一步，而神經形態計算機是可以同時處理和存儲信息的計算機處理器。這可以減少處理時間以及處理所需的能量。在將來的某個時候，本發明可能有助于制造出像人一樣思考的機器人。”

托馬斯與UCF納米科學技術中心的助理教授塔尼亞·羅伊（Tania Roy）以及UCF納米科學技術中心以及材料科學與工程系的其他人共同領導了這項研究。

羅伊說，這項技術的潛在用途是用于無人機救援。

羅伊說：“想象一架無人駕駛飛機，可以在偏遠的山區進行定位并找到滯留的登山者。如今，由于這些無人機需要連接到遠程服務器以識別他們用相機進行掃描的內容，因此這很困難。我們的設備使這架無人機真正具有自主性，因為它可以像人類一樣看到。”

她說：“早期的研究創造了一個攝像頭，可以捕獲圖像并將其發送到服務器進行識別，但是我們的團隊創建了一個可以同時模仿眼睛和大腦功能的設備。我們的設備可以觀察圖像并當場識別它。”

創新的訣竅是在二維原子厚的納米材料石墨烯上生長納米級光敏鈣鈦礦量子點。這種組合使光敏顆粒可以捕獲光，將其轉換為電荷，然后將電荷直接轉移到石墨烯上。全部過程一步即可完成。整個過程在極薄的薄膜上進行，薄膜的厚度約為人發厚度的十分之一。

托馬斯實驗室的巴斯卡拉高級太陽能研究員巴蘇杰夫·普拉丹（Basudev Pradhan），現為印度賈坎德邦中央大學能源工程系助理教授，和羅伊實驗室的博士后研究員索納利·達斯（Sonali Das）是該研究的共同作者。

“由于上部結構的性質，它顯示出光輔助記憶效應。”普拉丹說。“這類似于人類與視覺相關的腦細胞。我們開發的光電突觸與以大腦為靈感的神經形態計算高度相關。這種超結構必將為超薄光電設備的開發帶來新的方向。”

達斯說，還有潛在的國防應用。

她說：“這些功能也可以用來輔助士兵在戰場上的視野。此外，我們的設備能夠以極低的功耗探測、檢測和重建圖像，從而使其能夠在現場應用中進行長期部署。”

神經形態計算是科學家的一個長期目標，計算機可以同時處理和存儲信息，就像人的大腦視覺一樣。當前，計算機在單獨的位置存儲和處理信息，這限制了它們的性能。

為了測試他們的設備通過神經形態計算看到物體的能力，研究人員在面部識別實驗中使用了該設備。

托馬斯說：“面部識別實驗是檢查我們的光電神經形態計算的初步測試。由于我們的設備模仿了與視覺有關的腦細胞，因此面部識別是神經形態構建模塊最重要的測試之一。”

他們發現他們的設備能夠成功識別四個不同人物的畫像。

研究人員表示，他們計劃繼續合作以精細化該設備，包括使用它來開發電路級系統。