近日，集成电路学院王浩、韩伟、沈谅平、马国坤、万厚钊等组成的创新团队在感内计算火焰智能监测研究领域取得新进展，相关成果以“Ferroelectric optoelectronic sensor for intelligent flame detection and in-sensor motion perception”为题，发表于国际顶级期刊《Nano-Micro Letters》。
新一代消防安全系统需要对火焰进行精确的检测和运动识别，感存算一体技术成为火焰检测的前沿新兴技术，但在日盲紫外波段，基于人工视觉系统的硬件受到了探测器检测能力较弱的限制。基于此，王浩教授团队历时5年，通过多学科协同攻关，创制出Ga2O3/In2Se3铁电-光电异质结探测器（Fe-OES）阵列（5×5像素）。Fe-OES阵列可以直接感知火焰运动，并模拟昆虫视觉系统中的梯度神经元。结合自研的氧化铌忆阻器LIF神经元硬件，火焰紫外信号能够得到有效放大。该研究成功完成了三项火焰识别任务：通过终端和云端警报实现对所有时间段火焰的高效监测；使用轻量级卷积神经网络实现火焰运动识别；通过光敏人工神经系统实现火焰早期极弱紫外光探测。
图1 Fe-OES阵列的多功能应用场景
该研究采用255nm日盲紫外光模拟极其微弱的火焰，在持续的光脉冲刺激下，Fe-OES表现出多级响应，并能够在终端有效地编码时间信息，实现潜在的火焰运动识别。受视觉系统启发，外部光刺激产生光生载流子的过程被用于模拟视网膜的光电导过程，进而通过模拟神经元突触来评估火焰传播趋势。
图2 Fe-OES实现感内计算火焰运动识别
该研究还展示了一种基于Fe-OES器件的光敏人工神经系统，该系统通过神经元感知机制有效地探测火焰燃烧早期极其微弱的紫外光线，识别准确率达到了90.51%。
图3 脉冲神经网络光学感知系统
湖北大学为第一单位，博士生危家昀、马国坤教授、硕士生梁润智、华南师范大学王文晓博士为第一作者，王浩教授、韩伟副教授、沈谅平教授、郑州大学曾龙辉教授为通讯作者。
王浩教授团队积极服务国家重大战略和区域发展需求，有组织开展三维存储器与先进封装、忆阻器与类脑芯片、光电探测器与硅光芯片、射频毫米波芯片等研究，先后多次承担国家、湖北省和武汉市重大重点项目。相关研究成果在Adv. Mater.、Nano-Micro Lett.、Angew. Chem.、Nature Comm.、IEEE EDL等权威期刊发表，被引用1.1万余次；获授权国际国内发明专利100余项，多项成果实现转移转化；获湖北省自然科学奖、青年科技奖多项，多人连续入选斯坦福全球前2%顶尖科学家榜单。
（审稿：汪宝元 终审：覃红英）
