东华大学张耀鹏、范苏娜《Chem. Eng. J.》：基于负光电忆阻器的感存算控一体化仿生视觉系统
视觉系统是生物获取外界信息的主要途径，集感知、存储、计算功能于一体，能够高效实时处理信息并做出响应，对其进行仿生有望解决传统计算架构的存算分离问题。构建视觉仿生系统的关键在于开发兼具感光、信息存储与处理等功能的器件。光电忆阻器因功耗低、感存算一体化等特性，成为构建仿生视觉系统的理想选择。
近日，东华大学先进纤维材料全国重点实验室张耀鹏教授、范苏娜副教授团队报道了一种丝素蛋白光电忆阻器，其在红光刺激下产生自适应的电阻增加，表现出负光电效应；基于该忆阻器构建的自动刹车系统应用于模型车，可感知灯光变化并自动控制模型车的刹车与启动，实现感知、存储、计算和控制功能的集成，为下一代自动驾驶和人工视觉系统提供了新的思路。相关研究成果以题为“Self-adaptive Negative Photoelectric Memristor for an Autobrake System with Sensing-Memory-Computing-Control Function”发表于Chemical Engineering Journal。论文第一作者为东华大学硕士周兴陆，共同通讯作者为东华大学张耀鹏教授和范苏娜副教授，东华大学博士生陈杰，本科生吴文熙为共同作者。
图1 基于丝素光电忆阻器的自动刹车系统运行示意图
图2 丝素@WS2忆阻器的忆阻性能和负光电效应
研究团队采用二硫化钨（WS2）对丝素进行结构和功能调控，所得丝素@WS2光电忆阻器可在300次循环测试过程中保持稳定的电阻转变，高低阻值均可维持104 s，且具有较快的响应速度（45 ns、40 ns）。在红光刺激下，丝素@WS2忆阻器的启动电压显著增加，且随着红光强度的增强继续稳步增加。当撤除红光刺激后，器件的阻值立即减小并恢复到初始值，实现可逆的负光电效应（图2）。
图3 丝素@WS2忆阻器的仿生突触性能
在持续的脉冲电刺激下，丝素@WS2忆阻器可模拟神经突触的短程和长程可塑性。在光电协同刺激下，器件的工作电流随正（负）脉冲数量的增加而稳定增加（或减少），且工作电流值低于单一电刺激下的电流值（图3），进一步证实了丝素@WS2光电忆阻器具有感知、计算和记忆光电信号的能力，为仿生视觉系统的构筑奠定了基础。
图4 基于丝素@WS2忆阻器的自动刹车系统及功能验证
基于上述负光电忆阻性能和仿生突触功能，构建了以丝素@WS2忆阻器为核心元件的自动刹车系统，其在红光照射后可快速制动模型车，撤除红光刺激或施加绿光刺激可重新自动启动模型（图4），成功模拟了车辆在遇到交通信号灯时的行驶和刹车过程。
小结
本研究成功构建了一种具有自适应负光电效应的丝素忆阻器，以其为核心元件构建的自动刹车系统，实现了感知、存储、计算和控制功能的集成，为下一代自动驾驶和人工视觉系统提供了全新的技术路径。
此工作得到了上海市科委青年科技启明星项目、上海市科委基础研究项目、国家自然科学基金、上海市东方英才领军项目的资助。特别感谢岛津公司刘仁威博士在AFM表征方面提供的帮助。
原文链接：Xinglu Zhou, Wenxi Wu, Jie Chen, Suna Fan*, Yaopeng Zhang*, Self-adaptive negative photoelectric memristor for an autobrake system with sensing-memory-computing-control function, Chem. Eng. J., 2025, 519, 164912
https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.164912
