【儀表網(wǎng) 儀表研發(fā)】生物體中，感受神經(jīng)系統(tǒng)是本體與外界環(huán)境交互的基本信息感知系統(tǒng)。生物體對(duì)生存環(huán)境的信息甄別與過濾，主要基于感受神經(jīng)系統(tǒng)的習(xí)慣化功能。當(dāng)前，人類社會(huì)正由信息化向智能化演進(jìn)。智能化社會(huì)需要高效智能的信息感知系統(tǒng)對(duì)感知到的巨量信息進(jìn)行有效甄別、處理和決策，并對(duì)重復(fù)無意義的信息進(jìn)行有效過濾。因此，基于生物感受神經(jīng)系統(tǒng)的功能特性構(gòu)建具備生物現(xiàn)實(shí)性的高效智能信息感知系統(tǒng)將成為一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)。
近日，中國科學(xué)院院士、中科院微電子研究所微電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室研究員劉明團(tuán)隊(duì)，提出基于憶阻器構(gòu)建具備習(xí)慣化特性的人工感受神經(jīng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，并利用習(xí)慣化這一生物學(xué)習(xí)規(guī)則構(gòu)建出可應(yīng)用于機(jī)器人自主巡航避障的習(xí)慣化脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
研究團(tuán)隊(duì)基于Mott憶阻器和傳感器構(gòu)建感受神經(jīng)元，該神經(jīng)元能夠感知外界的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)化成實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)脈沖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界信號(hào)進(jìn)行感知并傳輸?shù)幕竟δ?。感受神?jīng)元進(jìn)一步通過突觸器件與中繼神經(jīng)元相連接構(gòu)建習(xí)慣化感知系統(tǒng)。該突觸器件具有連續(xù)刺激下權(quán)值的習(xí)慣化演進(jìn)趨勢(shì)，進(jìn)而影響感受神經(jīng)元信號(hào)向中繼神經(jīng)元傳輸?shù)男?，使中繼神經(jīng)元的輸出呈現(xiàn)頻率下降特性(即習(xí)慣化特性，如圖a所示)。基于這一習(xí)慣化特性，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步構(gòu)建習(xí)慣化脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)機(jī)器人避障功能。測(cè)試結(jié)果顯示，基于習(xí)慣化的學(xué)習(xí)規(guī)則所構(gòu)建的所示憶阻器基人工感受神經(jīng)系統(tǒng)能夠有效提升機(jī)器人的避障效率(如圖b)。此外，該習(xí)慣化感受神經(jīng)系統(tǒng)還可通過不同的傳感器應(yīng)用于不同的感知系統(tǒng)，如嗅覺、味覺、視覺、聽覺等。通過實(shí)現(xiàn)生物現(xiàn)實(shí)的感知系統(tǒng)，有望實(shí)現(xiàn)更具生物智能的終端系統(tǒng)。
相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(Advanced Materials，DOI:10.1002/adma.202004398)，微電子所博士研究生吳祖恒、盧吉?jiǎng)P為論文的共同第一作者，微電子所研究員劉琦為論文通訊作者。研究得到科技部、國家自然科學(xué)基金委、中科院和之江實(shí)驗(yàn)室的資助。
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