Внутренне растягиваемые полностью полимерные нейроморфные адаптивные фототранзисторы на основе многомерно-индуцированной фазовой сепарации с микросеткой

Почему важно растягиваемое «умное» зрение

Представьте себе мягкий пластырь, похожий на кожу, на вашем предплечье, который позволяет «видеть» в темноте, адаптируется к ослепительным фарам быстрее, чем ваши глаза, и тайно пересылает сообщения с помощью невидимого света. В этой работе описан новый тип гибкого электронного устройства, способного на всё это. Подражая тому, как наши глаза адаптируются к меняющемуся освещению, и внедряя эту способность в резиновый, растягиваемый материал, исследователи прокладывают путь к будущим носимым камерам, искусственным сетчаткам и системам помощи водителю, которые одновременно умнее и безопаснее.

Мягкий материал, действующий как глаз

В основе работы — новая мягкая полупроводниковая плёнка, реагирующая на свет и способная растягиваться вдвое без потери функциональности. Команда сочетает два светочувствительных полимера — один отдаёт, другой принимает заряды — с упругим пластиком-эластомером. Поскольку компоненты не смешиваются равномерно, они естественно разделяются на тонкую трёхмерную микросетку: островки, богатые резиной, окружены сетями переплетённых светочувствительных волокон. Такая структура позволяет плёнке сгибаться, крутиться и растягиваться как кожа, при этом эффективно преобразуя свет в электрические сигналы на широком диапазоне длин волн — от видимого света до ближнего инфракрасного.

Скрытые ловушки, обеспечивающие адаптацию

В естественном зрении наши глаза избегают перегрузки за счёт адаптации: после внезапной вспышки сигнал быстро возрастает, а затем возвращается к комфортному уровню. Микросетчатая плёнка сконструирована так, чтобы демонстрировать похожее поведение. Границы между резиновыми островками и полимерными волокнами действуют как контролируемые «ловушки» для электрических зарядов. Когда свет впервые попадает на устройство, многие заряды текут, создавая сильный сигнал. По мере продолжения освещения всё больше зарядов оказывается захваченным в ловушках, и ток автоматически падает до низкого, стабильного значения. Меняя размеры и количество отверстий в микросетке, исследователи могут регулировать скорость и силу адаптации устройства, подобно настройке биологического рефлекса.

Транзисторы, которые растягиваются, видят и «думают»

На базе этой плёнки команда создает полностью органические «нейроморфные» транзисторы — устройства, которые не только обнаруживают свет, но и имитируют отдельные свойства нервных клеток и синаптических связей. Эти транзисторы демонстрируют очень высокий контраст между реакцией на свет и тьму, работают для множества цветов света и, что важно, сохраняют работоспособность при растяжении до 100 процентов в двух направлениях. Их адаптивная реакция исключительно быстрая: они устанавливаются на новый уровень примерно за 0,4 секунды — быстрее, чем подобные ранее описанные устройства и значительно быстрее, чем адаптация человека к темноте, при этом экономя почти 90 процентов энергии, которую использовал бы неадаптивный детектор в тех же условиях. Те же заряды-ловушки, которые вызывают адаптацию, также позволяют устройствам имитировать ингибирующие синапсы — связи в мозге, ослабляющие сигналы — показывая одно из наименьших измеренных значений для стандартного индекса такого поведения.

От секретных сообщений до безопасного вождения

Поскольку адаптивная реакция меняется со временем, каждый световой импульс несёт не только простую информацию вкл/выкл; он также содержит данные о времени и силе. Авторы используют это богатство для создания оптической «книги кодов», похожей на азбуку Морзе, где закономерности пикового тока и времени затухания представляют буквы. Небольшая смена условий считывания позволяет декодировать один и тот же входящий сигнал в полностью разное слово, обеспечивая возможность умышленно вводящих в заблуждение сообщений для защищённой связи с использованием ближнего инфракрасного света, который трудно заметить невооружённым глазом. Исследователи также собирают матрицы таких устройств в пиксели, имитирующие адаптацию глаза в жёстком освещении. В тестах, напоминающих сценарии продвинутых систем помощи водителю при тумане, засветке или механическом напряжении, адаптивные пиксели кратковременно выдают сильный предупреждающий сигнал, а затем быстро приглушаются, позволяя системе продолжать отслеживать окружение вместо того, чтобы быть ослеплённой.

Что это означает для повседневных технологий

Для неспециалиста ключевой вывод в том, что команда создала мягкий, растягиваемый светочувствительный материал, который ведёт себя меньше как жёсткий сенсорный кристалл и больше как живая ткань. Его можно тянуть, гнуть и сильно освещать, и при этом он быстро и эффективно реагирует, регулируя собственную чувствительность без дополнительной электроники. Это открывает дорогу к комфортабельным средствам зрения, монтируемым на кожу, более «умным» роботам, которые «видят» сквозь свои мягкие оболочки, и автомобилям, датчики которых могут принимать быстрые энергоэффективные решения непосредственно в аппаратуре. Короче говоря, работа демонстрирует практический путь к электронным глазам, которые гибки не только по форме, но и по способу обработки света.

Цитирование: Wang, C., Qin, M., Sun, J. et al. Intrinsically stretchable all-polymer neuromorphic visual adaptive transistors based on multidimensional-phase-separation-induced micromesh. Nat Commun 17, 2806 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69534-6

Ключевые слова: растягиваемая электроника, нейроморфное зрение, адаптивный фототранзистор, носимые датчики, оптическая криптография