国科大明德钟楼登上国产顶级期刊
图/文 魏亚男
大学之道，在于明德。明德钟楼作为中国科学院大学（UCAS）的标志性建筑时刻提醒着我们要修身养德。钟楼的钟声稳重而又空灵，带我们博览群书，遨游四海，穿越古今。钟声作为一种外部刺激，经过人耳收集后，向人类传递着丰富的信息。声音的三要素包括响度、音调和音色，其中，响度指声音的大小，与发声体的振幅有关；音调指声音的高低，与发声体的频率有关；音色是声音的独特性，与发音体产生的波形有关。因此，对声音进行准确的识别对于信息的传输具有重要意义。
在人工智能时代下，光电突触被用于学习、计算和记忆信息，推动了未来的仿生电子设备和人形机器人的发展。研究人员构建了诸多用于声音识别的突触器件。然而，能够同时对声音的响度、音调和音色进行识别以精准感知声音的突触器件尚未实现。
近年来，中国科学院大学黄辉教授课题组开展了有机光电突触研究，开发其在图像识别、人工视觉系统等的应用，取得了一系列重要科研成果，多次发表于国内外高水平学术期刊（J. Am. Chem. Soc. 2023, DOI: 10.1021/jacs.2c13471. Angew. Chem. Int. Edit. 2023, 62, e202213733. Adv. Opt. Mater. 2022, 10, 2201104. Cell Rep. Phys. Sci. 2021, 2, 100507.）。近日，基于声音的三要素，课题组制备了可对声音的响度、音调、音色同时进行识别的有机光电突触器件，并对国科大明德钟楼的钟声进行识别，相关工作发表于Nano-Micro Letters（影响因子，23.655；国内纳米和材料类期刊排名第一）上。
1、材料基本性能
图1 材料结构与性质
2、器件性能
图2 有机光电突触器件性能
3.声音识别
图3 有机光电突触器件对UCAS钟楼钟声的识别
文章中设计新型受体材料（BSC8-4F），与已知的给体材料（PM6）搭配后，制备了器件结构为ITO/PEDOT:PSS/D:A/PDINN/Ag的有机光电突触器件。通过改变器件输入的电压、频率、光强，分别来调节输出信号的突触后电流的大小、突触信号变化的频率和突触信号的波形，从而与声音的振幅、频率、波形相对应，进一步调节声音的响度、音调、音色。提出了辨别因子，建立电压、频率、光强与突触后电流的定量关系式，从而达到声音识别的目的。最终，实现对UCAS钟楼钟声的识别，准确率高达99.8%。
论文的第一作者是国科大特别研究助理魏亚男博士，通讯作者为黄辉教授和张昕助理教授。
感谢国家自然科学基金委、科技部和科学院相关项目的资助。
原文链接：Wei, Y., Liu, Y., Lin, Q. et al. Organic Optoelectronic Synapses for Sound Perception. Nano-Micro Lett. 15, 133 (2023). https://doi.org/10.1007/s40820-023-01116-3
