人眼可以在昏暗的房间里看清东西，片刻之后又能直视明亮的天空—-超过160分贝的光检测范围。传统相机和机器视觉系统需要复杂的电路、算法和电力，才能接近这一范围的一小部分。中国电子科技大学（UESTC）和宾夕法尼亚州立大学的一个团队现在构建了一种器件，仅使用二氧化钛和导电聚合物的复合材料就能 intrinsically 实现这一功能。
该器件是一个两端光忆阻器—-一种带有存储功能的光敏电阻—-由锐钛矿相TiO₂薄膜和导电聚合物PEDOT:PSS制成，夹在透明电极和金属电极之间。它仅有0.5毫米大小，通过单一的物理机制—-水—-模仿视网膜适应不同光线水平的能力。
工作原理
当光线照射到TiO₂层时，会产生通过PEDOT:PSS的光电流。在明亮光照下，光热效应加热器件（在320 mW/cm²下从约24.2摄氏度升至32.7摄氏度），导致吸附在聚合物表面的水分子解吸。这减少了携带电荷的H₃O⁺离子浓度，降低了电导率并抑制了光响应。在昏暗光线下，水重新吸附，电导率增加，光响应被放大。
其结果是材料级别的内在适应，无需辅助电路或实时算法。该器件的光敏度评分从正常光照下的+2,527%下降到极端亮度下的-33.7%—-有效模仿了保护人视网膜的瞳孔收缩和视紫红质漂白。
适应时间比人眼更短。
展示的性能
研究人员构建了一个4×4光忆阻器阵列，并将其连接到具有尖峰时序依赖可塑性的人工神经网络。该系统在动态变化的混合光照条件下—-眩光、昏暗阴影、交替亮度—-无需任何针对照明的算法补偿，实现了91.3%的图像识别准确率。
这与传统机器视觉系统相比具有优势，后者在光照变化下性能显著下降，需要单独的传感器校准、HDR处理和计算白平衡校正—-所有这些都消耗额外的电力和硬件。
仿生学优势
人类视网膜通过光色素漂白和再生—-一个持续的化学消耗和更新循环，时刻设定敏感度水平—-实现其非凡的动态范围。TiO₂/PEDOT:PSS光忆阻器通过水的吸附和解吸（一种在材料层面运作的可逆物理过程）实现相同的效果。
“Full vision adaptation in mixed-light conditions enabled by dynamic water adsorption/desorption”，该论文以此为标题，发表在《自然·通讯》上（DOI: 10.1038/s41467-026-73217-7）。该器件还展示了在10毫秒间隔下高达3.18的对脉冲易化（PPF）指数—-突触可塑性的一个标志。
下一步计划
UESTC的主要作者Jia Zhu表示，团队计划优化材料配方和制造工艺，集成带有信号读出模块和自适应控制单元的完整封装阵列，并最终构建功能性仿生人工眼原型。研究人员认为，相同的动态调控策略可以扩展到其他氧化物-聚合物复合忆阻器系统，可能为高性能光适应神经形态器件建立通用设计原则。
潜在应用包括自动驾驶（在昏暗条件下识别行人的同时抵抗车灯眩光）、人形机器人、室外监控、航空侦察以及电力和硬件体积受限的便携视觉系统。
婷 翻译
来源
1. Physics World， “Machine vision begins to work like the human eye”（2026年7月8日）。https://physicsworld.com/a/machine-vision-begins-to-work-like-the-human-eye/
2. Zhu, J. 等， “Full vision adaptation in mixed-light conditions enabled by dynamic water adsorption/desorption”， Nature Communications 17， 4965（2026）。DOI: 10.1038/s41467-026-73217-7