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日,我学院张敏课题组在国际知名期刊ACS Nano上发表题为“Stretchable Temperature-Responsive Multimodal Neuromorphic Electronic Skin with Spontaneous Synaptic Plasticity Recovery”的研究论文(DOI: 10.1021/acsnano.2c02089)。该研究通过在神经形态阵列中引入机械感受器和温度感受器,首次提出并实现了具有感知和记忆功能的可拉伸温度响应多模态神经形态电子皮肤(stretchable temperature-responsive multimodal neuromorphic electronic skinSTRM-NES)。

具有类人感知功能的可拉伸电子皮肤对于开发智能软性或可植入性应用至关重要,如可穿戴电子设备、智能机器人、人工神经网络、皮肤修复及人机界面等。人体皮肤的感觉感受器在接受到外界刺激时,会将不同形式的物理刺激转化为信息编码,传递到大脑神经元,使大脑能够正确解释这些信号,进而使人类能够快速安全地与周围环境进行交互。近年来,研究人员试图整合各种类型的传感器和人工神经形态器件,使其接近人类皮肤的功能,具有复杂的突触记忆功能。不仅要求电子皮肤尽可能像人类皮肤一样具备感觉,能感觉温度和触觉等刺激,还要求其具备智能和知觉。然而,目前可以同时实现温度和应力拉伸响应,并具备感知、记忆以及自愈合特性的可拉伸神经形态电子皮肤尚未见相关报道。

STRM-NES结构和应用场景

具形变调节可塑性的巴普洛夫狗实验             自愈合特性和温度阵列图像识别

该研究提出并实现了基于碳纳米管沟道及电极,基于PVA介电层的可拉伸温度响应多模态神经形态电子皮肤。其阵列能够同时或独立通过温度和拉伸形变来调制神经形态特性,并且集传感、识别、存储、自愈合等功能于一体。该STRM-NES可以高效、高灵敏度地、长期监测和记忆温度或应力的变化,实时原位监测个体和外部环境信息。此外,该STRM-NES还具有出色的自愈合能力和可重复使用性,表现出与人类皮肤相似的感知、传递、记忆、自愈合特性,为未来可穿戴电子设备、智能机器人、皮肤假肢修复等应用提供了新的可能性。

该工作由张敏副教授指导完成,我学院硕士生王雅茸为论文的第一作者,硕士生刘德行、张艺明、范凌冲、任沁琦、以及博士后马珅慧博士也在工作中做出了重要贡献。上述研究得到了国家自然科学基金项目、深圳市科技创新委员会基础研究项目的支持,深圳市超算中心提供了软件及算力支持。

论文链接:https://doi.org/10.1021/acsnano.2c02089

(供稿:张敏副教授课题组)


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