中科院在基於憶阻器構建人工感受神經系統方面取得進展

2020-11-29 電子工程專輯

在生物體中，感受神經系統是本體與外界環境交互的基本信息感知系統。生物體對於生存環境的信息甄別與過濾主要基於感受神經系統的習慣化功能。當前，人類社會正由信息化向智能化演進。智能化社會需要高效智能的信息感知系統對感知到的巨量信息進行有效的甄別、處理和決策，並對重複無意義的信息進行有效的過濾。因此，基於生物感受神經系統的功能特性構建具備生物現實性的高效智能信息感知系統將成為一個重要發展趨勢。 RHaEETC-電子工程專輯

近日，中科院微電子所微電子重點實驗室劉明院士團隊提出了基於憶阻器構建具備習慣化特性的人工感受神經系統的實現方案，並利用習慣化這一生物學習規則構建了可應用於機器人自主巡航避障的習慣化脈衝神經網絡。 RHaEETC-電子工程專輯

研究團隊基於Mott憶阻器和傳感器構建了感受神經元，該神經元能夠感知外界的模擬信號並轉化成實時的動態脈衝信號，實現了對外界信號進行感知並傳輸的基本功能。感受神經元進一步通過突觸器件與中繼神經元相連接構建了習慣化感知系統。該突觸器件具有連續刺激下權值的習慣化演進趨勢，進而影響感受神經元信號向中繼神經元傳輸的效率，使中繼神經元的輸出呈現頻率下降特性（即習慣化特性，如圖a所示）。基於這一習慣化特性，團隊進一步構建習慣化脈衝神經網絡用於實現機器人避障功能。測試結果顯示，基於習慣化的學習規則所構建的所示憶阻器基人工感受神經系統能夠有效提升機器人的避障效率（如圖b）。該習慣化感受神經系統還可通過不同的傳感器應用於不同的感知系統，如嗅覺、味覺、視覺、聽覺等。通過實現生物現實的感知系統，有望實現更具生物智能的終端系統。 RHaEETC-電子工程專輯

這一成果近期發表在《先進材料》期刊上（Advanced Materials，DOI: 10.1002/adma.202004398），微電子所博士研究生吳祖恆、盧吉凱為該文章的共同第一作者，微電子所研究員劉琦為該文章的通訊作者。 RHaEETC-電子工程專輯

該項目得到了科技部、國家自然科學基金委、中科院和之江實驗室的項目資助。 RHaEETC-電子工程專輯

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圖a憶阻器基習慣化感受神經系統示意圖及系統響應特性RHaEETC-電子工程專輯

圖b憶阻器基習慣化脈衝神經網絡在提升實現機器人避障效率上的驗證RHaEETC-電子工程專輯

責編：Luffy LiuRHaEETC-電子工程專輯

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