图释：具可调谐灵敏度的仿生光电探测器。图片来源：光明：科学与应用（2026）。DOI：10.1038/s41377-025-02051-1 科学剃刀 | Science Razor探索未知 · 理性的力量
中国科学院金属研究所的科研团队，从人眼获取灵感，成功研制出一种新型仿生光电晶体管。这项于2026年1月初发表在光学顶刊《Light: Science & Applications》上的成果，核心是让光电探测器拥有了类似人眼的“自适应”能力。它能根据环境光线，动态调节自己对特定亮度范围的敏感度，从而在复杂光照下，清晰识别那些与背景差异极微弱的“低对比度目标”。实验表明，其探测灵敏度比传统器件高出1000倍以上。
传统探测器的瓶颈与仿生突破
为何这项突破值得关注？关键在于它解决了一个长期困扰机器视觉的“死板”问题。
无论是手机的摄像头，还是自动驾驶汽车上的传感器，其核心的光电探测器工作原理大多固定。它们对所有光线的反应是线性的：光强增加一点，电信号就按固定比例增加一点。
这就像一台音量旋钮卡死的收音机，无论节目信号多微弱、背景噪音多嘈杂，它都只能用同一个音量播放。结果就是，在雾霾、逆光或昏暗环境中，目标与背景那点微弱的光强差异，所产生的电信号变化，瞬间就被环境噪声淹没了。
而人眼的精妙，正在于其“智能音量调节”能力。我们的视网膜拥有视锥和视杆两套感光系统，并能通过感光蛋白的动态调节，在强光下降低灵敏度、在弱光下提高灵敏度，始终将“听觉”聚焦在最关键的声音区间。
金属所的团队，正是瞄准了这一生物原理进行仿生。
如何给晶体管装上“智能光圈”
研究团队的核心创新，是在一个以二硫化钼（MoS₂）为沟道材料的场效应晶体管中，巧妙地嵌入了一个特殊的“光敏门控”结构。
这个结构由两层不同的二硫化钼组成：一层是原始的本征MoS₂，另一层是经过氧等离子体处理的MoS₂。两者形成了一个异质结二极管，并将其集成在晶体管的栅极。
这个二极管，就是仿生的“感光蛋白”。它的导电性能会随着照射其上的光强变化而自动、动态地改变。
这个变化，会重新分配晶体管内部的电压，最终导致一个神奇的效果：通过施加一个外部栅压，我们可以精确设定这个晶体管在哪个亮度区间内具有极高的灵敏度。
论文通讯作者孙东明研究员做了一个生动的比喻：这就像给探测器的“眼睛”安装了一个“智能光圈”。当需要探测暗处的微弱目标时，“光圈”就调大，只对弱光敏感；当背景过于明亮时，“光圈”就收缩，专门聚焦在目标所在的那个狭窄亮度带上，无视其他干扰。
性能飞跃：灵敏度提升千倍
仿生设计带来了性能的飞跃。在实验中，这种新型光电晶体管展现出了革命性的优势。
最直观的数据是灵敏度。对于低对比度信号，其探测灵敏度相比传统光电探测器提升了超过三个数量级，即1000倍以上。这意味着它能捕捉到此前被完全忽略的、极其微弱的光强变化。
在成像阵列测试中，优势更为明显。当输入一个与背景光强比仅为1.2的微弱“O”形图案时（对比度极低），传统探测器阵列输出的电信号差异只有1.3倍，根本无法成像；而新型仿生阵列的输出差异高达3.4倍，成功清晰地识别出了图案。
此外，它还具有优异的抗噪声能力。即便在强烈的、杂乱的光照干扰下，器件依然能稳定地“锁定”并提取出目标的特征。这种在复杂环境下的鲁棒性，正是实际应用中最宝贵的品质。
从器件突破窥见感知革命
怎样理解该项研究的分量
回顾近几年的发展，科学界让机器“像人一样看”的努力已多有建树。例如，2024年，有国际团队开发出将感光、存储与处理功能集于一体的“全能”光电器件，模仿人眼与大脑的协同。2025年初，华东师范大学团队利用有机材料，成功模拟了人眼从暗处到亮处的“明适应”行为。
而就在2024年，华南师范大学团队还研发了基于二维材料的仿生晶体管，其视觉适应速度比人眼视网膜快上万倍。这些研究路径各异，但目标一致：打破传统机器视觉的框架，追求更高效、更智能、更接近生物本质的感知方式。
金属所这项工作的独特价值在于，它精准地聚焦于“灵敏度动态调节”这一具体而关键的生物机制，并用一种相对简洁、高效的器件结构实现了它。它没有追求功能的“大而全”，而是在“专而精”的路上做到了极致。
这种从生物学原理中提炼核心算法，再用前沿材料（如二维材料MoS₂）予以实现的思路，代表了仿生电子学的一个重要方向。
让机器在极端环境下“看得清”
这项技术的未来应用前景，直接根植于它所解决的核心痛点——复杂光照下的低对比度目标识别。
首当其冲的将是自动驾驶。让车辆在大雾、沙尘、暴雨或隧道出入口的强烈逆光等极端视觉环境下，依然能可靠地辨识行人、障碍物和交通标志，是提升安全性的关键。
在工业检测领域，它可以用于发现产品表面极其细微的划痕、凹陷或材质不均，这些瑕疵往往与背景对比度很低。在医学影像中，有助于从复杂的背景噪声中，提取出早期病变的微弱信号。
此外，在智能安防监控、无人机侦察、资源遥感勘察等领域，这项技术都能让机器视觉系统变得更加强大和可靠。
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