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  大學(xué)之道，在于明德。明德鐘樓作為中國科學(xué)院大學(xué)（國科大）的標(biāo)志性建筑，在國科大師生心目中占有獨(dú)特的位置。鐘聲作為一種外部刺激，經(jīng)過人耳收集后，向人類傳遞著豐富的信息。聲音的三要素包括響度、音調(diào)和音色，其中，響度指聲音的大小，與發(fā)聲體的振幅有關(guān)；音調(diào)指聲音的高低，與發(fā)聲體的頻率有關(guān)；音色是聲音的獨(dú)特性，與發(fā)音體產(chǎn)生的波形有關(guān)。因此，對聲音進(jìn)行準(zhǔn)確的識別對于信息的傳輸具有重要意義。

  在人工智能時代下，光電突觸被用于學(xué)習(xí)、計算和記憶信息，推動了未來的仿生電子設(shè)備和人形機(jī)器人的發(fā)展。研究人員構(gòu)建了諸多用于聲音識別的突觸器件。然而，能夠同時對聲音的響度、音調(diào)和音色進(jìn)行識別以精準(zhǔn)感知聲音的突觸器件尚未實(shí)現(xiàn)。

  近年來，中國科學(xué)院大學(xué)黃輝教授課題組開展了有機(jī)光電突觸研究，開發(fā)其在圖像識別、人工視覺系統(tǒng)等的應(yīng)用，取得了一系列重要科研成果，多次發(fā)表于國內(nèi)外高水平學(xué)術(shù)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，基于聲音的三要素，課題組制備了可對聲音的響度、音調(diào)、音色同時進(jìn)行識別的有機(jī)光電突觸器件，并對國科大明德鐘樓的鐘聲進(jìn)行識別，相關(guān)工作發(fā)表于Nano-Micro Letters上。

圖1 材料結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

圖2 有機(jī)光電突觸器件性能

圖3 有機(jī)光電突觸器件對國科大鐘樓鐘聲的識別

  文章中設(shè)計新型受體材料（BSC8-4F），與已知的給體材料（PM6）搭配后，制備了器件結(jié)構(gòu)為ITO/PEDOT:PSS/D:A/PDINN/Ag的有機(jī)光電突觸器件。通過改變器件輸入的電壓、頻率、光強(qiáng)，分別來調(diào)節(jié)輸出信號的突觸后電流的大小、突觸信號變化的頻率和突觸信號的波形，從而與聲音的振幅、頻率、波形相對應(yīng)，進(jìn)一步調(diào)節(jié)聲音的響度、音調(diào)、音色。提出了辨別因子，建立電壓、頻率、光強(qiáng)與突觸后電流的定量關(guān)系式，從而達(dá)到聲音識別的目的。最終，實(shí)現(xiàn)對國科大鐘樓鐘聲的識別，準(zhǔn)確率高達(dá)99.8%。

  論文的第一作者是國科大特別研究助理魏亞男博士，通訊作者為黃輝教授和張昕助理教授。

  感謝國家自然科學(xué)基金委、科技部和科學(xué)院相關(guān)項目的資助。

  原文鏈接：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