賓夕法尼亞州立大學(xué)的一個工程師團(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‘學(xué)習(xí)’并調(diào)整它們的行為，”Yu 說。“例如，如果我們的手在爐子上燙傷，會很痛，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，該設(shè)備中的人工神經(jīng)元被設(shè)計(jì)成類似于腹側(cè)被蓋區(qū)域的神經(jīng)元，這是人類大腦的一小部分。神經(jīng)元首先通過在其突觸處釋放神經(jīng)遞質(zhì)來處理和傳遞信息，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)元的活動并與增強(qiáng)記憶有關(guān)。另一方面，抑制性神經(jīng)遞質(zhì)會降低其他神經(jīng)元的活動，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)元能夠同時釋放興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，”Yu 說。“通過設(shè)計(jì)突觸晶體管以同時操作兩種突觸行為，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)體材料來制造該設(shè)備。這使它能夠在使用時拉伸和扭曲。但是傳統(tǒng)的晶體管太硬，變形時會破裂。”

“晶體管可機(jī)械變形且功能可重構(gòu)，但在大范圍拉伸時仍能保留其功能。”于說。“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。”