在生物體中，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)于生存環(huán)境的信息甄別與過(guò)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)行有效的甄別、處理和決策，并對(duì)重復(fù)無(wú)意義的信息進(jìn)行有效的過(guò)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，微電子所微電子重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室劉明院士團(tuán)隊(duì)提出了基于憶阻器構(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)建了可應(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)建了感受神經(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)了對(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(guò)突觸器件與中繼神經(jīng)元相連接構(gòu)建了習(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）?；谶@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）。該習(xí)慣化感受神經(jīng)系統(tǒng)還可通過(guò)不同的傳感器應(yīng)用于不同的感知系統(tǒng)，如嗅覺(jué)、味覺(jué)、視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)等。通過(guò)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)。 

      這一成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》期刊上（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。 

　　該項(xiàng)目得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院和之江實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目資助。 

圖a憶阻器基習(xí)慣化感受神經(jīng)系統(tǒng)示意圖及系統(tǒng)響應(yīng)特性

圖b憶阻器基習(xí)慣化脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在提升實(shí)現(xiàn)機(jī)器人避障效率上的驗(yàn)證