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6月29日，北京大學(xué)深圳研究生院信息工程學(xué)院張敏課題組的最新研究成果發(fā)表于《美國(guó)化學(xué)會(huì)-納米》(ACS Nano)雜志上。研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了一種具有雙語(yǔ)雙向響應(yīng)、自愈合能力，并能夠模擬生物本體感受功能的可拉伸神經(jīng)形態(tài)器件。

人工神經(jīng)形態(tài)器件在神經(jīng)邏輯和認(rèn)知功能方面具有重要應(yīng)用，可廣泛應(yīng)用于神經(jīng)康復(fù)、人機(jī)交互和智能機(jī)器人等領(lǐng)域，賦予了神經(jīng)形態(tài)器件軟性和可拉伸性的特性，使其能夠適應(yīng)各種不可預(yù)測(cè)的變形情況，還能夠提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確性和佩戴的舒適性。

然而，這些器件仍然容易受到穿刺、撕裂和切割等嚴(yán)重的機(jī)械損傷，限制了它們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中的可靠性和壽命。因此，理想的可拉伸人工神經(jīng)形態(tài)器件還應(yīng)具備自愈能力，在經(jīng)歷機(jī)械損傷后仍可以恢復(fù)其結(jié)構(gòu)和性能。此外，在生物神經(jīng)系統(tǒng)中，同一神經(jīng)元的突觸在相同刺激下可以表現(xiàn)出相反的可塑性形式，以支持一系列復(fù)雜神經(jīng)功能。目前，可拉伸的神經(jīng)形態(tài)器件僅能實(shí)現(xiàn)基本的單突觸行為，無(wú)法滿(mǎn)足復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)的需求。

張敏團(tuán)隊(duì)提出并實(shí)現(xiàn)了一種可拉伸的雙語(yǔ)雙向、自修復(fù)神經(jīng)形態(tài)器件(Bilingual Bidirectional Stretchable Self-healing Neuristor，BBSSN)。BBSSN的設(shè)計(jì)基于范德華力集成，利用聚氨酯脲彈性體和碳納米管電極的本征可拉伸特性，通過(guò)離子遷移和靜電耦合，在不同操作階段能夠?qū)ο嗤碳ぷ龀鲆种苹蛟鰪?qiáng)的反應(yīng)，這使得BBSSN能夠模擬生物突觸中興奮性和抑制性神經(jīng)遞質(zhì)的共存和相互作用，從而實(shí)現(xiàn)四象限信息處理能力，使BBSSN具備了模擬生物行為的多水平可調(diào)性和適應(yīng)性。

此外，BBSSN能夠在兩個(gè)小時(shí)內(nèi)自愈嚴(yán)重的機(jī)械損傷，消除了神經(jīng)形態(tài)電子學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的限制，研究團(tuán)隊(duì)從而開(kāi)發(fā)了BBSSN作為具有本體感知功能的人工傳出神經(jīng)，通過(guò)不同拉伸程度調(diào)節(jié)突觸后電流，實(shí)現(xiàn)本體感知反饋，模擬生物運(yùn)動(dòng)神經(jīng)對(duì)屈肌和伸肌的協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)，以及生物系統(tǒng)的自適應(yīng)性運(yùn)動(dòng)功能，從而有效地預(yù)防肌肉過(guò)度損傷。

該研究在醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)、智能軟機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)和受生物啟發(fā)的可拉伸電子領(lǐng)域具有廣闊應(yīng)用潛力。

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