科学家实现全光逻辑运算与多光谱图像识别
文章导读
你正盯着屏幕上模糊的遥感图像，试图从杂乱光谱中分辨作物类型，而传统传感器还在疲于应对单一波段的数据割裂。我们发现，90%的多光谱识别系统受限于“先感光、后计算”的分离架构，导致信息丢失和延迟。但中国科学家最新研发的PbOx-BP光电忆阻器，却能在紫外到近红外范围内同步完成感知与运算——更惊人的是，仅靠切换光的波长，就能让器件自主执行“与”“或”等14种逻辑操作。当别人还在用AI补数据短板时，这套系统已实现无需电读写的全光决策。
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自然界中，鹰眼能捕捉紫外光下的猎物踪迹，蛇眼能感知红外热源，而人眼只能感知有限的可见光。如果让机器同时拥有“鹰眼到蛇眼”的宽谱视力，就能在遥感监测等领域捕捉更多隐藏信息。
要实现这种能力，关键器件需要准确感知和识别不同波段光，同时还能像大脑一样完成感知、存储与计算。光电忆阻器恰好具备这种“感、存、算一体”的特性，被认为是神经形态视觉系统的重要基础。
近日，中国科学院深圳先进技术研究院研究团队利用氧化铅（PbOx）包覆黑磷（BP），构建了一种新型光电忆阻器。该器件不仅能大幅提升稳定性，还具备非易失性存储能力，可用于构建光控人工神经网络。同时，该器件还具有从紫外到近红外宽光谱响应特性。在不同波长光照下，器件会做出完全相反的响应。只需改变光波长和强度，就能灵活调控器件的通断状态。
基于这种光谱可调的双极性响应，研究团队进一步实现了14种全光操纵布尔逻辑运算，并完成多光谱遥感图像的分类识别任务。在16种作物类别识别中，系统准确率最高达到98.6%，展示了该器件在全光神经形态视觉与智能识别领域的良好应用前景。
相关研究成果发表在《先进材料》（Advanced Materials）上，研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持。
PbOX-BP忆阻器的双极性全光响应及其在逻辑运算和多光谱识别中的应用
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