蘇州納米所張珽研究團隊ACS Nano Review:面向智能仿生感知系統的柔性人工突觸器件

人工智能技術的發展為智能仿生感知系統的發展帶來了革命性變化,同時也對器件和系統的高效信息處理能力以及舒適性、兼容性等提出了迫切的要求。基于柔性神經擬態器件的柔性仿生感知系統能夠以較低的功耗處理大量的信息,同時具有良好的曲面共形特征,在可穿戴設備、人機交互、智能機器人、醫療監測及運動康復等戰略新興領域具有廣闊的應用前景。柔性人工突觸器件作為系統中的關鍵器件,由于其特殊的處理器/存儲器配置結構,以及高效率并行處理大量非標準化數據的能力,近年來吸引了國內外眾多研究者的關注。

中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所的張珽研究團隊圍繞柔性智能感知領域,對面向智能仿生感知系統的柔性感知器件和柔性人工突觸器件方面進行了探索,并取得了系列研究成果(Adv. Mater., 2014, 26, 1336; Adv. Mater., 2015, 27, 1370; Small, 2017, 1602790; Adv. Sci., 2018, 5, 1800558; Small, 2018, 14, 1703902; Adv. Mater. Technol., 2020, 5, 1900888; npj Flex. Electron., 2020, 4, 3; Microsyst. Nanoeng., 2020, 6, 84; Research, 2020, 8910692; Adv. Electron. Mater, 2020, 6, 2000306.)。

典型的機電感知系統不同,生物的感覺器官能夠對外界信息進行檢測和處理,并將處理過的信號傳遞給大腦進行最后的信息判斷,其能量消耗僅為幾個fJ/spike量級。生物感知系統具有這些優勢,神經突觸在其中起著至關重要的作用,通過調節突觸的權重來實現信號處理以及學習遺忘記憶等功能,是生物實現感知-信息處理的基礎。因此,在柔性器件中實現突觸行為,研究柔性神經形態電子學并將其應用于新型仿生神經形態感知系統,在硬件層面上模擬生物大腦和感知系統功能,有望實現與生物神經信號的兼容,構建智能、高效的智能感知系統和人機交互界面。

近期研究團隊ACS Nano上撰寫了綜述文章針對最近幾年國內外相關團隊在基于人工突觸器件的仿生感知系統領域的研究工作進行了總結分析,首先是對基于不同材料和結構的仿生人工突觸器件進行了總結和歸納,根據器件的不同結構、工作機制將其分類,對每一類器件中常用的材料及其工作原理進行概述,分析了不同類型器件的優缺點以及應用場景;重點對基于人工突觸器件的仿生感知系統進行了論述,對包括觸覺視覺嗅覺味覺痛覺以及感覺運動系統等進行了詳細的整理和探討;最后對基于人工突觸器件的智能仿生感知系統面臨的問題、挑戰進行了討論,對該領域的未來發展方向進行了展望。


圖:基于人工突觸器件的柔性仿生感知系統

該論文以Flexible Artificial Sensory Systems Based on Neuromorphic Devices”為題,發表在ACS Nano(DOI: 10.1021/acsnano.0c10049)。論文的第一作者是中科院蘇州納米所博士研究生孫富欽,通訊作者為張珽研究員,共同作者包括陸騏峰博士和馮思敏副研究員。上述工作得到了科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金、中科院腦科學與智能技術卓越中心等支持。


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