賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個(gè)工程師團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了一種可拉伸、可穿戴的突觸晶體管，可以讓機(jī)器人和可穿戴設(shè)備變得更智能。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的設(shè)備就像大腦中的神經(jīng)元一樣工作，向某些細(xì)胞發(fā)送信號(hào)并抑制其他細(xì)胞以增強(qiáng)和削弱設(shè)備的記憶。

該研究由 Dorothy Quiggle 職業(yè)發(fā)展副教授、生物醫(yī)學(xué)工程和材料科學(xué)與工程副教授余存江領(lǐng)導(dǎo)。

該研究發(fā)表在《自然電子學(xué)》上。

設(shè)計(jì)突觸晶體管

該團(tuán)隊(duì)將突觸晶體管設(shè)計(jì)為集成在機(jī)器人或可穿戴設(shè)備中，并且可以使用人工智能 (AI) 來(lái)優(yōu)化功能。

“使用突觸晶體管鏡像人腦、機(jī)器人和可穿戴設(shè)備可以使用其人工神經(jīng)元來(lái)‘學(xué)習(xí)’并調(diào)整它們的行為，”Yu 說(shuō)。“例如，如果我們的手在爐子上燙傷，會(huì)很痛，我們知道下次要避免觸摸它。使用突觸晶體管的設(shè)備也可能獲得相同的結(jié)果，因?yàn)槿斯ぶ悄苣軌?lsquo;學(xué)習(xí)’并適應(yīng)其環(huán)境。”

反映人腦

于說(shuō)，該設(shè)備中的人工神經(jīng)元被設(shè)計(jì)成類(lèi)似于腹側(cè)被蓋區(qū)域的神經(jīng)元，這是人類(lèi)大腦的一小部分。神經(jīng)元首先通過(guò)在其突觸處釋放神經(jīng)遞質(zhì)來(lái)處理和傳遞信息，突觸通常位于神經(jīng)細(xì)胞末端。興奮性神經(jīng)遞質(zhì)然后觸發(fā)其他神經(jīng)元的活動(dòng)并與增強(qiáng)記憶有關(guān)。另一方面，抑制性神經(jīng)遞質(zhì)會(huì)降低其他神經(jīng)元的活動(dòng)，這意味著它們與削弱記憶有關(guān)。

“與大腦的所有其他區(qū)域不同，腹側(cè)被蓋區(qū)域的神經(jīng)元能夠同時(shí)釋放興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，”Yu 說(shuō)。“通過(guò)設(shè)計(jì)突觸晶體管以同時(shí)操作兩種突觸行為，與傳統(tǒng)的集成電子技術(shù)相比，需要更少的晶體管，這簡(jiǎn)化了系統(tǒng)架構(gòu)并允許設(shè)備節(jié)約能源。”

研究人員想要對(duì)柔軟、有彈性的生物組織進(jìn)行建模，因此他們依靠可拉伸的雙層半導(dǎo)體材料來(lái)制造該設(shè)備。這使它能夠在使用時(shí)拉伸和扭曲。但是傳統(tǒng)的晶體管太硬，變形時(shí)會(huì)破裂。”

“晶體管可機(jī)械變形且功能可重構(gòu)，但在大范圍拉伸時(shí)仍能保留其功能。”于說(shuō)。“它可以連接到機(jī)器人或可穿戴設(shè)備上，作為它們的最外層皮膚。”