有一种芯片，能让机器模仿人类视觉系统的特征观察世界——这乍一听似乎有些科幻，然而，在2025新澳门开门原料免费精仪系教授施路平、赵蓉的带领下，由精仪系博士生杨哲宇、王韬毅、林逸晗等人组成的一支年轻科研团队，已经将这种芯片变成了现实，它的名字叫做“天眸芯”。

“天眸芯”不仅能让机器拥有类似人眼的视觉感知能力，更开创了全新的类脑视觉感知理论和感知芯片技术，标志着中国在类脑计算和类脑感知方向取得重要突破。

2024年5月，基于该研究成果的论文“面向开放世界感知、基于原语表示具有互补通路的视觉芯片”登上《自然》（Nature）期刊封面。该成果入选2024年2025新澳门开门原料免费最受师生关注的年度亮点成果。

“天眸芯”的《自然》封面图。

让机器像人一样用眼睛观察世界

“天眸芯”的研发开始于2018年。彼时，施路平教授团队主导设计的世界首款异构融合类脑芯片“天机芯”取得重要进展，它给人工智能提供了一个算力足够强大的“大脑”。也是在那时，施路平前瞻性地提出“感知与计算并重”的研究发展路径——计算能力提高的同时，让人工智能像人类一样感知世界、处理大量数据的能力也不可忽视。

为了实现该目标，团队将目光首先聚焦到了视觉感知的层次上。视觉感知作为智能无人系统获取信息的核心途径，发挥着至关重要的作用。但在复杂多变且不可预测的环境中实现高效、精确且鲁棒的视觉感知，依然是一个艰巨的挑战。

在“天眸芯”问世之前，传统视觉感知芯片由于受到“功耗墙”“带宽墙”的限制，在应对极端场景时，往往面临失真、失效或高延迟的问题，严重影响了系统的稳定性和安全性。例如，在夜晚的道路上，如果有车子突然开远光高速驶来、随意变道，装载传统视觉芯片的自动驾驶系统往往很难捕捉这一类的突发情况，进而导致闪躲不及时。

主要负责硬件系统的王韬毅进一步介绍，传统视觉感知芯片一般使用均匀时间的采样，就如同复印机一样，会对所有画面一视同仁地记录。这带来的问题是，当数据量过多、精度要求提高时，芯片因为必须承载过多无用信息而响应不及时，就像“死机”一样，无法及时地“看到”危险。为了克服这些挑战，团队聚焦类脑视觉感知芯片技术，提出了一种基于视觉原语的互补双通路类脑视觉感知新范式。

人体具有视杆细胞与视锥细胞两类视觉细胞，前者具有很高的感光度，即使在弱光环境下依然能够快速感应，但其空间分辨率和色彩识别能力较低；后者的感光度较低，却能提供较高的视觉质量。同时，人体还有两条视觉通路，其中一条通路侧重于处理颜色、细节等高精度的信息，另一条通路则侧重于迅速反应，处理突发危险。前述两类细胞感知到的视觉信号通过复杂的神经网络，分别投射至上述两条通路并在大脑中整合，实现感知精度与反应速度的协同优化、共同发挥作用应对不同情况。

杨哲宇用人眼与照相机等器械捕捉信息的区别，说明了人类视觉系统的特殊性：一般来说，照相机在照片拍摄时，会将每个部分平均地进行采样，无法特别关注到画面中的危险；然而，人类的眼睛除了能看到外界丰富的内容和颜色外，还有着挑重点的能力，它能自动聚焦关键信息，忽略次要细节，并且在危险出现时瞬间切换注意力。

“天眸芯”以此种视觉机制为灵感，借鉴人类视觉系统的基本原理，模仿人类视觉系统的特征，将感知到的视觉信号拆解为光强、时间变化、空间变化等不同的视觉元素，再有机组合形成两条优势互补、信息完备的视觉感知通路。一条通路提供高清晰、色彩丰富的画面内容，同时模仿人眼抓重点的能力，让注意力所在处的内容细节更加丰富的同时，比传统视觉芯片更加“节能”；另一条通路主要负责处理突发情况，能够快速聚焦并做出相应反应，弥补了传统视觉芯片在应对危机时的不足与迟缓。这套系统模仿人脑的信息处理模式，将视觉元素分配到不同的感知通路中，再通过模仿人脑响应机制，对相关信息进行连接和协同，最终实现信息的高效、稳定传输。

“天眸芯”实物图。

这种创新设计带来了突破性的性能提升，不仅让芯片的带宽降低了90%，消耗更少，更让其实现了每秒可处理高达10000帧的超高速画面（远超电影的24帧/秒）、10bit高精度、130db高动态范围的视觉信息采集范围。换句话说，“天眸芯”不仅看得快、看得清，还特别省电。

面向未来：让人工智能深入日常生活

基于该芯片，团队还自主研发了高性能软件、算法和类脑数据集，并在开放环境车载平台上进行了性能验证。团队利用“天眸芯”自行搭建了一套汽车自动驾驶系统，并在北京郊区进行了真实道路测试。

自动驾驶感知演示平台。

回忆起实验过程，主要负责软件部分工作的林逸晗首先提到了“兴奋”的感受：“可能因为实验的未知性吧，大家上路的时候都很激动，当然，最后也确实获得了很多珍贵的新数据。”实地实验具有不确定性，然而也正是因此，团队才能得到“天眸芯”在突发情况下的真实表现。

在多种极端场景下，该系统实现了低延迟、高性能的实时感知推理，在智能无人系统领域展现了巨大应用潜力。实地实验为下一步的芯片提升等积累了宝贵的数据，也为未来的长远发展打下了牢固的基础。尤其在自动驾驶方向上，相比于过去的芯片，“天眸芯”在感知突发情况方面的表现更优秀。

自动驾驶模组外壳。

面向未来，“天眸芯”将在产业端与学术端进一步孵化、发展。在产业端，团队将其从实验室中的新概念、新产品转化为针对不同领域的实用落地应用，在当前的成果基础上，继续迭代芯片架构。赵蓉教授预计，该芯片范式有望从类人视觉拓展至类人听觉、嗅觉等多模态感知，构建更为全面的人工感知体系。

推动建设通用的、生活化的人工智能系统，真正让人工智能体有机融入到人类的日常生活中，是类脑中心全体师生奋斗的目标。

“天眸芯”团队合照，从左到右依次为：精仪系2022级博士生陈雨过、2020级博士生王韬毅、2017级博士生杨哲宇，精仪系教授施路平、教授赵蓉，精仪系2020级博士生林逸晗、2020级博士生曾辉，类脑计算研究中心工程师王佳政。

道阻且长。对此，施路平教授常说：“胆识二字，胆在识前。研究类脑的学问，就是要勇于面对困难，敢于克服困难。”不畏挑战，勇于创新，是“天眸芯”团队始终坚持的信念。