研发仿生可调灵敏度光电探测器及其相关机制、结构等示意图。中国科学院金属研究所 供图

记者1月6日从中国科学院金属研究所获悉，该所沈阳材料科学国家研究中心孙东明研究团队从人眼视觉适应机制中获得启发，最近成功研发出一种仿生可调灵敏度光电晶体管，为复杂光照条件下“低对比度目标”的高灵敏、抗噪声探测提供了新方案。

这种新型光电晶体管的仿生设计思路，不仅解决了低对比度目标探测的难题，也为未来智能感知器件的发展提供了新方向。其相关成果论文近日在专业学术期刊《光：科学与应用》上发表。

论文通讯作者孙东明研究员介绍说，随着智能安防和预警系统等智能机器视觉技术的快速发展，复杂光照环境下对“低对比度目标”的精准识别成为亟需突破的关键问题。例如，雾霾中的车辆、伪装下的物体或昏暗背景里的细微特征，往往因为与背景光信号差异太小，而被传统光电探测器的噪声所淹没。尽管现有的神经形态视觉器件和动态视觉传感方案可通过延长曝光时间或引入复杂电路结构提升对比度，但普遍存在响应速度受限、系统复杂度高、难以适应快速变化场景等问题。

而现实世界中，人眼之所以能在从星光到阳光的极大亮度范围内都能清晰视物，并能敏锐捕捉低对比度细节，得益于其精妙的“双系统”与自适应调节机制。视锥细胞负责明亮环境下的高分辨率色彩视觉，视杆细胞则专精于暗光下的黑白感知，同时，视网膜上的感光蛋白还能根据环境光强动态调整灵敏度，确保大脑总能接收到最有效的视觉信号。

基于此，中国科学家团队通过巧妙模拟人眼这一原理，在传统光电晶体管的结构中，创新引入一个具有自适应响应特性的“栅极光敏窗口”。这个核心部件由经过特殊处理的二硫化钼材料构成，其导电性能会随着光照强度的变化而自动改变。

孙东明指出，这就好比给探测器的“眼睛”安装了一个“智能光圈”，当外界光线整体发生变化时，这个“光圈”会自动调整，重新分配内部电压，从而精准放大目标所处方位的微弱光信号变化，同时有效抑制无关的背景强光或噪声。使用者可以通过调节工作电压，灵活设定这个“智能光圈”的高灵敏度响应区间。

这也意味着，该新型光电晶体管器件可以像人眼一样“按需聚焦”，仅对感兴趣的、特定亮度范围内的微小变化产生强烈电信号响应。

研究团队开展的实验数据表明，在探测“低对比度目标”时，这款仿生光电探测器的灵敏度比传统器件提升超过1000倍，即使置身于强烈、杂乱的光照干扰下，它依然能稳定、清晰地“锁定”并提取出目标的关键特征。