【儀表網 研發快訊】人機交互(human-machine interaction，HMI)技術通過界面設備實現人機之間的通信，被廣泛應用于智慧醫療、機器感知等領域。隨著人工智能的興起，人們希望構建可理解和響應人類意圖的智能系統，進一步提升人機交互體驗。神經形態納米離子器件依賴電場作用下離子的重新分布來實現可靠的電導調制，與生物神經系統通過離子輸運傳遞與處理信號具有高度相似性，在構建神經形態硬件系統方面扮演關鍵角色。該類器件具有并行處理、自適應學習、事件驅動和高效處理海量數據等獨特優勢。依靠離子驅動的電導轉換行為，該類器件可以高度仿生生物神經系統的信息處理功能，如突觸可塑性和神經元放電等，從而能夠執行學習、記憶、識別和決策等認知任務。將神經形態納米離子器件融入到HMI技術中，不僅能夠突破傳統電子設備的限制，而且可為新型生物接口的發展提供了契機，有望實現全新的HMI交互模式。
近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所柔性磁電功能材料與器件團隊在Advanced Materials期刊上發表了題為“Neuromorphic Nanoionics for Human-Machine Interaction: From Materials to Applications”的綜述文章(DOI: 10.1002/adma.202311472)，回顧了神經形態納米離子器件的研究進展，并強調了其在推動和促進人機交互領域發展方面的巨大潛力。論文首先解釋了納米離子憶阻器和柵控晶體管的基本機制和行為，強調了離子遷移在器件工作過程中發揮的重要作用，介紹了基于器件模擬的學習、記憶、編碼、識別和時空信號處理等神經形態功能，并對器件可靠性、能源效率、柔性及生物相容性等關鍵性能指標進行了評估。而后深入探討了神經形態納米離子器件在可穿戴電子設備、機器感知、醫療診斷及腦機接口等新興人機交互領域的最新進展，展現了該器件的應用潛力。最后對神經形態納米離子器件的未來進行了展望，探討了其在下一代人機交互技術領域面臨的挑戰。作者指出，未來發展需要進一步探索新型離子材料和器件以模擬神經元、突觸更為豐富的離子過程和功能，應注重實時響應性和可靠性以及系統整體集成，以推動實際應用。
寧波材料所博士研究生劉雪蓉、博士后孫翠、博士后葉曉羽為論文第一作者，寧波材料所朱小健研究員、阿爾托大學(芬蘭)檀洪偉研究員、寧波材料所李潤偉研究員為論文通訊作者，本研究得到了國家自然科學基金(62174164、U23A20568、U22A2075)、國家重點研發計劃項目(2021YFA1202600)、浙江省自然科學基金(LDQ23E020001)、中國科學院上海分院人才計劃(CASSHB-QNPD-2023-022)、寧波市科技計劃項目(2022A-007-C)、寧波市重點研發計劃項目(2023Z021)等項目的支持。
圖1 面向人機交互的神經形態納米離子學技術
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