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科研进展

苏州纳米所张珽研究团队ACS Nano Review:面向智能仿生感知系统的柔性人工突触器件

发布日期:2020-04-14 浏览(lan)次数: 【关闭】

人(ren)(ren)工(gong)(gong)智(zhi)能技术(shu)的(de)(de)(de)发(fa)展(zhan)为智(zhi)能仿生(sheng)感知系(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)发(fa)展(zhan)带来了革(ge)命(ming)性(xing)(xing)(xing)(xing)变化,同时也对器(qi)(qi)件和系(xi)(xi)统(tong)的(de)(de)(de)高效(xiao)信息处理能力以及舒适性(xing)(xing)(xing)(xing)、兼容(rong)性(xing)(xing)(xing)(xing)等提出了迫(po)切(qie)的(de)(de)(de)要求。基于(yu)柔性(xing)(xing)(xing)(xing)神经拟态器(qi)(qi)件的(de)(de)(de)柔性(xing)(xing)(xing)(xing)仿生(sheng)感知系(xi)(xi)统(tong)能够以较低的(de)(de)(de)功耗处理大量的(de)(de)(de)信息,同时具有良好的(de)(de)(de)曲(qu)面共形(xing)特(te)征,在可穿戴设(she)备、人(ren)(ren)机(ji)(ji)交互、智(zhi)能机(ji)(ji)器(qi)(qi)人(ren)(ren)、医疗监测及运动康复等战略(lve)新兴(xing)领(ling)域(yu)具有广(guang)阔的(de)(de)(de)应用前景。柔性(xing)(xing)(xing)(xing)人(ren)(ren)工(gong)(gong)突触器(qi)(qi)件作为系(xi)(xi)统(tong)中的(de)(de)(de)关键器(qi)(qi)件,由(you)于(yu)其特(te)殊的(de)(de)(de)处理器(qi)(qi)/存(cun)储(chu)器(qi)(qi)配置结构,以及高效(xiao)率并行处理大量非标准(zhun)化数(shu)据的(de)(de)(de)能力,近(jin)年来吸引了国内(nei)外众多研究者的(de)(de)(de)关注。

中国(guo)科学(xue)院苏州纳米(mi)技术与纳米(mi)仿生研(yan)(yan)究所(suo)的张珽研(yan)(yan)究团队围绕柔(rou)性智能感(gan)知(zhi)领域(yu),对面向智能仿生感(gan)知(zhi)系(xi)统的柔(rou)性感(gan)知(zhi)器(qi)件和柔(rou)性人工突(tu)触(chu)器(qi)件方面进行了探(tan)索,并取(qu)得了系(xi)列研(yan)(yan)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.)。

与典型(xing)的(de)(de)(de)机电(dian)感(gan)知(zhi)系统(tong)不(bu)同(tong),生(sheng)(sheng)(sheng)物的(de)(de)(de)感(gan)觉器(qi)官能(neng)(neng)够(gou)对(dui)外界信(xin)(xin)(xin)息(xi)进行(xing)检(jian)测和处理(li),并将处理(li)过的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)号传(chuan)递给大脑进行(xing)最后(hou)的(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)息(xi)判(pan)断,其(qi)(qi)能(neng)(neng)量消耗仅为几个fJ/spike量级。生(sheng)(sheng)(sheng)物感(gan)知(zhi)系统(tong)具有这些(xie)优(you)势,神(shen)经突(tu)触在(zai)其(qi)(qi)中起着至关重要的(de)(de)(de)作用,通过调节突(tu)触的(de)(de)(de)权重来实现(xian)(xian)信(xin)(xin)(xin)号处理(li)以及(ji)学(xue)习遗忘记忆等(deng)功能(neng)(neng),是生(sheng)(sheng)(sheng)物实现(xian)(xian)感(gan)知(zhi)-信(xin)(xin)(xin)息(xi)处理(li)的(de)(de)(de)基础(chu)。因此,在(zai)柔性器(qi)件(jian)中实现(xian)(xian)突(tu)触行(xing)为,研究柔性神(shen)经形态电(dian)子学(xue)并将其(qi)(qi)应用于新型(xing)仿(fang)生(sheng)(sheng)(sheng)神(shen)经形态感(gan)知(zhi)系统(tong),在(zai)硬件(jian)层面(mian)上模(mo)拟生(sheng)(sheng)(sheng)物大脑和感(gan)知(zhi)系统(tong)功能(neng)(neng),有望实现(xian)(xian)与生(sheng)(sheng)(sheng)物神(shen)经信(xin)(xin)(xin)号的(de)(de)(de)兼(jian)容,构建(jian)智能(neng)(neng)、高效的(de)(de)(de)智能(neng)(neng)感(gan)知(zhi)系统(tong)和人机交互界面(mian)。

近期研究团队在ACS Nano上撰写了综述文章,针对最近几年国内外相关团队在基于人工突触器件的仿生感知系统领域的研究工作进行了总结分析,首先是对基于不同材料和结构的仿生人工突触器件进行了总结和归纳,根据器件的不同结构、工作机制将其分类,对每一类器件中常用的材料及其工作原理进行概述,分析了不同类型器件的优缺点以及应用场景;重点对基于人工突触器件的仿生感知系统进行了论述,对包括触觉、视觉、嗅觉、味觉、痛觉以及感觉运动系统等进行了详细的整理和探讨;最后对基于人工突触器件的智能仿生感知系统面临的问题、挑战进行了讨论,对该领域的未来发展方向进行了展望。

图 基于(yu)人工突触器件(jian)的柔性仿生感知(zhi)系统

该论文以“Flexible Artificial Sensory Systems Based on Neuromorphic Devices”为题,发表在ACS Nano上。论文的第一作者是中科院苏州纳米所博士研究生孙富钦,通讯作者为张珽研究员,共同作者包括陆骐峰博士和冯思敏副研究员。上述工作得到了科技部重点研发计划、国家自然科学基金、江苏省杰出青年基金、中科院脑科学与智能技术卓越中心等支持。


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