【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(tǒng)對感知到的巨量信息進行有效甄別、處理和決策，并對重復(fù)無意義的信息進行有效過濾。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)實性的高效智能信息感知系統(tǒng)將成為一個重要發(fā)展趨勢。
 

　　近日，中國科學(xué)院院士、中科院微電子研究所微電子重點實驗室研究員劉明團隊，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)。
 

　　研究團隊基于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并轉(zhuǎn)化成實時的動態(tài)脈沖信號，實現(xiàn)對外界信號進行感知并傳輸?shù)幕竟δ?。感受神?jīng)元進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)慣化演進趨勢，進而影響感受神經(jīng)元信號向中繼神經(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，團隊進一步構(gòu)建習(xí)慣化脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于實現(xiàn)機器人避障功能。測試結(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。通過實現(xiàn)生物現(xiàn)實的感知系統(tǒng)，有望實現(xiàn)更具生物智能的終端系統(tǒng)。
 

　　相關(guān)研究成果發(fā)表在《先進材料》上(Advanced Materials，DOI:10.1002/adma.202004398)，微電子所博士研究生吳祖恒、盧吉凱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、中科院和之江實驗室的資助。