中国半导体十大研究进展候选推荐（2020-014）——基于半球状半导体纳米线阵列仿生视网膜的电化学仿生眼
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工作简介
眼睛是心灵的窗口，古人云“一寸秋波，千斛明珠觉未多”。实际上对于地球上的绝大部分生物来说，眼睛都是最重要的传感器官，尤其是人类，大约80% 的环境信息都是通过眼睛获取。人眼视场宽，分辨率高，对光高度敏感，是当前任何相机都无法比拟的。人眼优势来源于半球形的视网膜和高密度的视细胞。模仿这些特点来创造人工仿生眼意义重大，既可以帮助病人恢复光明，也可以用于类人机器人。但是当前商用的电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器，主要通过主流平面微加工工艺成型，很难做成人类生物视网膜那样的半球形。因此研制与人眼功能相当的仿生眼是项极具挑战性的工作。
为了实现这一目标，香港科技大学范智勇教授团队开发了一种崭新的器件结构，用半球形的多孔氧化铝模板集成高密度半导体纳米线(NW)阵列为仿生视网膜，以离子液体仿生人眼的玻璃状液体，并渗入纳米微孔与纳米线形成电接触，以液态金属纤维/金属微针阵列形成纳米线背接触，模仿视神经传导信号，如图所示。实验证实单根或几根纳米线都可以作为一个独立的感光单元，从而有望实现超高分辨率成像。论文还提出了一种新颖的微电极阵列组装策略。在磁场辅助下，以金属微针插进纳米线阵列，形成单个像素只包含三根纳米线的像素点阵列，并组成一个尺寸仅为2 mm×2 mm的具有图像识别功能的超小型图像传感器，并验证该电极组装方法可以用于半球形表面。该新型仿生人眼器件，响应速度超过了人眼，灵敏度接近人眼，而且也避免了人类视网膜固有的“盲点”问题。由于使用高密度纳米线阵列，其理论分辨率是人眼的6倍左右。这项研究提供了一种突破性的方法来获得接近人眼的高性能视觉系统。该仿生眼系统可以用于广角相机/摄像头、人形机器人、高性能的视觉假体来帮助视觉残障人士。
半球状纳米线视网膜电化学仿生眼的结构及表征。
该工作在Nature上线后，美国威斯康辛麦迪逊大学的学者 Hongrui Jiang在同期杂志发表“Artificial eye boosted by hemispherical retina”的评述文章，并评述“仿生眼不是模仿照相机，而是模仿人类复杂的眼球结构和人机交互。范智勇教授的人工视网膜是过去几十年来，仿生眼开发的重要突破。有了这些进步，我相信，未来 10 年我们可能会亲眼见着仿生眼在我们生活中的大规模应用。”
相关研究成果于2020年5月20日以“A biomimetic eye with a hemispherical perovskite nanowire array retina”为题发表在Nature上。顾磊磊博士为论文第一作者，范智勇教授为唯一通讯作者，香港科技大学为唯一通讯单位，合作单位为加州大学伯克利分校。
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主要作者简介
1998年和2001年于复旦大学获得材料科学学士和硕士学位，2006年于加州大学欧文分校获材料科学博士学位。2007~2010年于加州大学伯克利分校电气工程和计算机科学系以及劳伦斯伯克利国家实验室任博士后研究员。获得多项奖项，包括美国南加州华人科学家工程师协会奖，加州大学伯克利传感器中心杰出研究报告奖，香港科大工院青年研究员奖，香港科大工院杰出研究奖，香港科大校长奖及创新奖，香港科大百万港币创业大赛冠军奖，山东省自然科学二等奖等。
研究兴趣集中在仿生微纳电子及光电器件，传感器和能源技术。迄今在Nature, Nature Materials, Nature Communications, PNAS, Nano Letters, Advanced Materials等期刊发表了170多篇学术论文，引用次数>18,000，H指数69（谷歌学术），为2018科睿唯安高引作者。在香港科大和香港科大深圳研究院主持了多个基金的研究课题，包括中国国家自然科学基金，韩国国家研究基金，香港研究资助局，香港创新科技署，深圳市科技创新委员会等。曾任北京大学深圳研究院客座教授，在国际国内学术会议做邀请报告80余次，组织发起20余国际国内会议。曾任Science Bulletin编委，Nanoscale Research Letters副主编，现为Journal of Semiconductors，EcoMat，The Innovation 等期刊编委。同时为Nature, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Communications, Science Advances, Nano Letters, ACS Nano, Advanced Materials等期刊的审稿人。
2008年和2011年于复旦大学材料科学系获学士和硕士学位。2011年9月至2016年1月，在香港科技大学范智勇教授的指导下攻读博士学位。毕业后，继续在范教授组中担任博士后至今。
研究方向为基于纳米结构的仿生光电子学。他将自然界中数百万年进化所得的独特性质与基于现代纳米技术的光电器件相结合，以创造超越自然的超级光电器件，或为那些有特定生理缺陷的人提供治疗。迄今为止，他在Nature, Nature Communications, Light Science & Applications, Advanced Materials, ACS Nano 和 Nano Letters等顶级期刊上发表28篇论文（第一作者8篇，包括Nature 1篇），总引用次数>1600，h指数17（谷歌学术），其中1篇被选为Advanced Materials前封面，3篇被选为ESI高被引论文，9篇引用次数超过100次 ，单篇最高引用率357。其研究在全球都产生了巨大的影响，来自20多个国家60家的媒体报道了仿生眼的工作，包括一些顶级媒体，例如Scientific American, Materials Views Wiley, Nature Asia, Nature Middle East, Nature Podcast，New Scientist 以及 Fox News等。他还拥有1个美国临时专利和1项中国专利（申请中）。他在国内外会议上发表多次演讲，并协助导师为Nature, Science Advances, Advanced Materials, Nano Letters等顶级学术期刊提供审稿服务。
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原文传递
详情请点击论文链接: https://www.nature.com/articles/s41586-020-2285-x
《半导体学报》简介：
《半导体学报》是中国科学院主管、中国电子学会和中国科学院半导体研究所主办的学术刊物，1980年创刊，首任主编是王守武院士，黄昆先生撰写了创刊号首篇论文，2009年改为全英文月刊Journal of Semiconductors（简称JOS），同年开始与IOPP英国物理学会出版社合作向全球发行。现任主编是中科院副院长、国科大校长李树深院士。
2016年，JOS被ESCI收录。
2019年，JOS入选“中国科技期刊卓越行动计划”。
“中国半导体十大研究进展”推荐与评选工作简介：
《半导体学报》在创刊四十年之际，启动实施 “中国半导体年度十大研究进展”的推荐和评选工作，记录我国半导体科学与技术研究领域的标志性成果。以我国科研院所、高校和企业等机构为第一署名单位，本年度公开发表的半导体领域研究成果均可参与评选。请推荐人或自荐人将研究成果的PDF文件发送至《半导体学报》电子邮箱：jos@semi.ac.cn，并附简要推荐理由。被推荐人须提供500字左右工作简介，阐述研究成果的学术价值和应用前景。年度十大研究进展将由评审专家委员会从候选推荐成果中投票产生，并于下一年度春节前公布。
JOSarXiv预发布平台简介：
半导体科技发展迅猛，科技论文产出数量逐年增加。JOSarXiv致力于为国内外半导体领域科研人员提供中英文科技论文免费发布和获取的平台，保障优秀科研成果首发权的认定，促进更大范围的学术交流。JOSarXiv由《半导体学报》主编李树深院士倡导建立，编辑部负责运行和管理，是国内外第一个专属半导体科技领域的论文预发布平台，提供预印本论文存缴、检索、发布和交流共享服务。
JOSarXiv于2020年1月1日正式上线（http://arxiv.jos.ac.cn/），通过《半导体学报》官网（http://www.jos.ac.cn/）亦可访问。敬请关注和投稿！
半导体学报公众号
微信号 : JournalOfSemicond
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