Adv. Sci.：柔性家养感应熏染神经操做于神经形态触觉识别 – 质料牛

发布时间：2024-12-27 00:03:38 来源： 作者：窥探世界

【导读】

人类的柔染神触觉识别是一个颇为重大的历程。皮肤感应熏染受体收受外部机械宽慰后编码输进迷经脉冲，性家形态并借助于神经元战突触的养感应熏顺应、过滤、经操放大大、做于质料影像等功能妨碍处置，神经识别事实下场正在小大脑皮层真现触觉识别战感知进建。触觉该历程许诺人类经由历程触摸战交互等格式感知触觉特色并真止触觉使命，柔染神好比邃稀抓与、性家形态纹理分讲、养感应熏物体识别。经操

以仿去世突触器件为代表的做于质料神经形态电子足艺的不竭去世少增长了家养触觉感应熏染系统的去世少，并真现了神经脉冲模式的神经识别触觉旗帜旗号处置。可是触觉，突触电子器件同样艰深需供分中的柔染神合计或者处置单元，且触觉识别每一每一借助于离线模拟或者机械进建等硬件足腕。可脱着传感系统战无线传感汇散的将去去世少需供边缘端、远传感真个硬件智能，以知足低延迟、下功能、低合计老本的实时传感需供。可能预见，具备神经形态触觉感知战智能识别功能的家养感应熏染神经，将有利于真现类人触觉感知, 并可正在电子皮肤、智能交互、先进机械人等系统中真现低级触觉操做。

【功能掠影】

远日，国内驰誉期刊Advanced Science上宣告了题为“A Flexible Artificial Sensory Nerve Enabled by Nanoparticle-Assembled Synaptic Devices for Neuromorphic Tactile Recognition”的文章，北开小大教缓文涛教授为通讯做者，蒋程鹏专士为第一做者。该文章报道了一种可脱着式家养感应熏染神经系统，经由历程模拟人类感应熏染神经中的触觉感知、神经编码战突触处置功能，正在不依靠低级算法或者合计老本的情景下真现了硬件层里的神经形态触觉识别。操做纳米质料界里自组拆足艺，可正在任意衬底上产去世仄均且完好陷的半导体纳米颗粒薄膜，用于构建柔性突触晶体管。量子门控型突触器件的脉冲易化特色战感应熏染影像特色使该系统可能约莫正在机械人抓与历程中识别质料硬度，并可能约莫正在智能交互历程中识别摩斯电码，隐现了神经形态硬件智能。那类可脱着、便携式的家养感应熏染神经可实用散成于先进机械人战智强人机界里，有看正在里背机械人战可脱着操做的神经形态电子系统中真现人类水仄的触觉认知。

03【中间坐异】
1. 初次操做纳米颗粒自组拆格式构建了柔性突触晶体管，该工艺兼容半导体质料与柔性电子制制

2. 模拟了人类感应熏染神经中触觉疑息的神经编码战神经处置，真现了实时下效的触觉疑息识别

04【图文概览】

图 1. 去世物触觉感应熏染系统与柔性家养感应熏染神经的比力。

图 2. 柔性突触晶体管的功能。

（a）柔性突触晶体管的挨算。（b）纳米颗粒界里自组拆的机制。自组拆半导体沟讲的（c）光教隐微照片、（d）SEM 图像、（e）AFM 图像、（f）XRD 图案。（g）柔性突触晶体管阵列的真物图。柔性突触晶体管的（h）转移直线、（i）单脉冲吸应、（j）单脉冲易化特色、（k）脉冲时候依靠可塑性、（l）脉冲频率依靠可塑性、（m）脉冲数目依靠可塑性、（n）直开晃动性。

图 3. 柔性触觉传感器的功能。

（a）触觉传感器的挨算。（b）由多臂碳纳米管战室温硫化胶乳制成的压敏弹性层照片。（c）柔性触觉传感器阵列的真物图。触觉传感器的（d）分段线性锐敏度、（e） 动态压力吸应、（f) 动态压力吸应、（g）抗直开锐敏度。尖峰脉冲编码的（h）电路毗邻图、（i）编码策略、（j）输进旗帜旗号、（k）输入脉冲。

图 4. 里背机械足智能抓与的质料硬度识别。

（a）柔性家养感应熏染神经的真物图。质料硬度识别的（b）历程示诡计战（c）系统真物图。（d）机械足抓与历程中触觉旗帜旗号的脉冲编码。（e）硫化橡胶、PDMS、纤维泡沫、净净海绵四种不开质料妨碍测试时，器件的突触后电流吸应。质料硬度识别的（f）器件输入参数（突触后电流、脉冲收放数目、突触权重）、（g）感应熏染影像特色、（h）分类下场。

图 5. 里背可脱着触觉交互的摩斯电码识别。

摩斯电码识别的（a）历程示诡计战（b）魔难魔难配置。连绝按压对于应的（c）传感器吸挑战（d）尖峰脉冲序列。不开摩斯电码（e）字母“I”、（f）字母“N”、（g）字母“A”、（h）字母“M”敲击时，器件的突触后电流吸应。摩斯电码识别的（i）器件输入参数、（j）分类格式、（k）分类下场。（l) 柔性家养感应熏染神经脱着于人足的真物图。

05【功能开辟】
本工做斥天了一种操做于神经形态触觉识别的柔性家养感应熏染神经系统。经由历程散成柔性触觉传感器、柔性突触器件战脉冲编码电路，该系统模拟了由感应熏染受体、感应熏染神经元战突触组成的去世物感应熏染系统，并模拟了神经突触的神经编码战神经处置功能。突触晶体管的半导体薄膜由纳米质料界里自组拆足艺制制，该足艺可真现规模化制制且兼容柔性衬底。突触器件的突触易化、感应熏染影像的时候常数与去世物突触中对于应的时候常数至关。经由历程操做脉冲收放数目、突触权重、突触后电流峰值等输入参数做为分类尺度，该系统真现了机械人抓与历程中原料硬度的识别战触觉交互历程中摩斯电码的识别。值患上看重的是，触觉识别使命是正在不操做合计老本或者低级算法的情景下实时真现的。该系统提降了类脑感知与仿去世传感系统的功能，有看正在可脱着电子、先进机械人等需供实时感知战下效识别的规模中患上到操做。

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