基于多维相分离诱导微网格的本征可拉伸全聚合物类脑视觉自适应晶体管

为什么可拉伸智能视觉很重要

想象一片像皮肤一样柔软的贴片贴在手臂上，它能在黑暗中“看见”、比你的眼睛更快地适应刺眼的车灯，并且用肉眼看不见的光偷偷发送信息。本研究描述了一种能够实现这些功能的新型柔性电子器件。研究者通过模拟我们眼睛对光线变化的自适应机制，并将这种能力嵌入到可拉伸的橡胶状材料中，指向了未来更智能、更安全的可穿戴摄像头、人工视网膜和驾驶辅助系统的发展方向。

像眼睛一样工作的软材料

这项工作的核心是一种新的柔性半导体薄膜，能对光做出响应，并可在不失功能的情况下拉伸至双倍长度。团队将两种对光敏感的聚合物——一种给电子、一种受电子——与一种有弹性的塑料（弹性体）混合。由于这些成分不会均匀混合，它们自然形成精细的三维微网格：富含橡胶的岛嵌在相互交织的光敏纤维网络中。这种特殊结构使薄膜在像皮肤一样弯曲、扭转和拉伸的同时，仍能在可见光到近红外的宽波段内高效地将光转化为电信号。

促成自适应的隐藏陷阱

在自然视觉中，我们的眼睛通过自适应来避免过载：在强光闪光后，响应迅速上升，然后回落到一个舒适的水平。微网格薄膜被设计成呈现类似行为。橡胶岛与聚合物纤维之间的边界充当受控的电荷“陷阱”。当光首次照射器件时，大量电荷流动，产生强信号。随着照明持续，更多电荷被捕获在这些陷阱中，电流会自动降到较低的稳态值。通过调节微网格中孔洞的大小和数量，研究者可以控制器件对光自适应的速度和强度，就像为生物反射调节灵敏度一样。

能拉伸、能看、能思考的晶体管

基于这种薄膜，团队构建了全有机的“类脑”晶体管——这些器件不仅能检测光，还模仿神经元和突触的一些特性。这些晶体管在明暗响应之间表现出很高的对比度，适用于多种光色，并且在两个方向上拉伸至100%时仍能保持性能。它们的自适应响应非常快：大约在0.4秒内达到新的稳定水平，快于已报道的类似器件且远快于人类的暗适应，同时在相同条件下节省了近90%的能量，相比不具自适应性的探测器。同样导致自适应的电荷陷阱还使器件能够模拟抑制性突触——大脑中抑制信号的连接——在这一行为的标准指标上表现出最低之一的测量值。

从秘密信息到更安全的驾驶

由于自适应响应随时间变化，每个光脉冲携带的不仅是开—关信号，还包含时序和强度信息。作者利用这种信息丰富性设计了一种类似摩尔斯电码的光学“代码本”，其中峰值电流和衰减时间的模式代表字母。通过稍微改变读取条件，相同的输入信号可以被解码为完全不同的单词，从而实现利用近红外光进行的、肉眼难以察觉的安全通信中的有意误导信息。研究者还将这些器件组装成像素阵列，模拟眼睛在强光下的自适应。在类似高级驾驶辅助的测试（如雾、眩光或机械拉伸）中，自适应像素会短暂地发出强烈警报信号然后迅速变暗，使系统能够继续感知周围环境而不会被致盲。

这对日常技术意味着什么

对于非专业读者，关键结论是：团队创造出了一种柔软、可拉伸的光感材料，其行为不像刚性的相机芯片，更像活体组织。它可以被拉扯、弯曲并承受强光照射，同时仍能快速高效地响应，并能在无需额外电路的情况下自主调节灵敏度。这为舒适的皮肤贴附视觉辅助设备、通过柔软外壳“看见”的更智能机器人，以及能够在硬件层面直接做出快速低功耗决策的汽车传感器打开了大门。总之，这项工作展示了一条通往在形态上可变且在对光的处理上也具有柔性的电子“眼”的实用路径。

引用: 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

关键词: 可拉伸电子学, 类脑视觉, 自适应光电晶体管, 可穿戴传感器, 光学密码学