觸角是昆蟲(chóng)的主要感覺(jué)器官，能夠精準(zhǔn)感知微小振動(dòng)、磁場(chǎng)方位、重力方向或化學(xué)刺激，其感知靈敏度可與人類皮膚相媲美，甚至在一些特殊功能上超過(guò)人類。受此啟發(fā)，南開(kāi)大學(xué)教授徐文濤團(tuán)隊(duì)與日本北海道大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，成功研制出一種神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了類似螞蟻觸角傳入神經(jīng)的觸覺(jué)感知和磁場(chǎng)感知功能。
近日，介紹該成果的論文刊登在《自然·通訊》。
昆蟲(chóng)觸角感覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)與功能為新型仿生傳感系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了設(shè)計(jì)藍(lán)圖，然而，相比于模擬哺乳動(dòng)物的感覺(jué)器官，如何模擬昆蟲(chóng)觸角這一高靈敏、多功能的“探測(cè)器”，一直是仿生電子領(lǐng)域亟待攻克的難題。
徐文濤團(tuán)隊(duì)研制的神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)模仿了螞蟻觸角傳入神經(jīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、編碼策略和感知功能。該系統(tǒng)采用具備三維柔性結(jié)構(gòu)的電子觸角傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)、形變和磁場(chǎng)的高靈敏檢測(cè)，并利用吸附二維納米片的柔性人工突觸器件實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感信息的類神經(jīng)處理。傳感器陣列和突觸器件陣列的連接方式模擬了生物感受器和感覺(jué)神經(jīng)元的架構(gòu)，傳感信號(hào)的編碼方式模仿了生物機(jī)械感受器的脈沖編碼策略，最終在神經(jīng)形態(tài)硬件中實(shí)現(xiàn)了傳感信號(hào)時(shí)空特征的識(shí)別。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能高效率、低功耗地處理傳感數(shù)據(jù)，還可高靈敏地感知壓力、紋理和磁場(chǎng)。通過(guò)裝載于移動(dòng)機(jī)器人或交互式設(shè)備，該系統(tǒng)在輪廓識(shí)別、紋理識(shí)別、材質(zhì)分類、磁場(chǎng)導(dǎo)航、非接觸交互等多種任務(wù)中，均表現(xiàn)出接近或超越人類感知能力的性能。
該工作利用神經(jīng)形態(tài)硬件與仿生傳感器模擬了昆蟲(chóng)觸角傳入神經(jīng)的感知原理和信息處理機(jī)制。《自然·通訊》審稿人評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究“構(gòu)建了一個(gè)完整的仿生感受器”，代表了仿生感知領(lǐng)域的新突破。此項(xiàng)研究對(duì)于先進(jìn)機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能交互、柔性電子等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
未來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將軟體執(zhí)行器與神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)感知運(yùn)動(dòng)一體化和主動(dòng)觸覺(jué)探索功能。
觸角是昆蟲(chóng)的主要感覺(jué)器官，能夠精準(zhǔn)感知微小振動(dòng)、磁場(chǎng)方位、重力方向或化學(xué)刺激，其感知靈敏度可與人類皮膚相媲美，甚至在一些特殊功能上超過(guò)人類。受此啟發(fā)，南開(kāi)大學(xué)教授徐文濤團(tuán)隊(duì)與日本北海道大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)合作，成功研制出一種神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了類似螞蟻觸角傳入神經(jīng)的觸覺(jué)感知和磁場(chǎng)感知功能。
近日，介紹該成果的論文刊登在《自然·通訊》。
昆蟲(chóng)觸角感覺(jué)器官的結(jié)構(gòu)與功能為新型仿生傳感系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供了設(shè)計(jì)藍(lán)圖，然而，相比于模擬哺乳動(dòng)物的感覺(jué)器官，如何模擬昆蟲(chóng)觸角這一高靈敏、多功能的“探測(cè)器”，一直是仿生電子領(lǐng)域亟待攻克的難題。
徐文濤團(tuán)隊(duì)研制的神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)模仿了螞蟻觸角傳入神經(jīng)的形態(tài)結(jié)構(gòu)、編碼策略和感知功能。該系統(tǒng)采用具備三維柔性結(jié)構(gòu)的電子觸角傳感器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)、形變和磁場(chǎng)的高靈敏檢測(cè)，并利用吸附二維納米片的柔性人工突觸器件實(shí)現(xiàn)了對(duì)傳感信息的類神經(jīng)處理。傳感器陣列和突觸器件陣列的連接方式模擬了生物感受器和感覺(jué)神經(jīng)元的架構(gòu)，傳感信號(hào)的編碼方式模仿了生物機(jī)械感受器的脈沖編碼策略，最終在神經(jīng)形態(tài)硬件中實(shí)現(xiàn)了傳感信號(hào)時(shí)空特征的識(shí)別。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅能高效率、低功耗地處理傳感數(shù)據(jù)，還可高靈敏地感知壓力、紋理和磁場(chǎng)。通過(guò)裝載于移動(dòng)機(jī)器人或交互式設(shè)備，該系統(tǒng)在輪廓識(shí)別、紋理識(shí)別、材質(zhì)分類、磁場(chǎng)導(dǎo)航、非接觸交互等多種任務(wù)中，均表現(xiàn)出接近或超越人類感知能力的性能。
該工作利用神經(jīng)形態(tài)硬件與仿生傳感器模擬了昆蟲(chóng)觸角傳入神經(jīng)的感知原理和信息處理機(jī)制?！蹲匀?middot;通訊》審稿人評(píng)價(jià)這項(xiàng)研究“構(gòu)建了一個(gè)完整的仿生感受器”，代表了仿生感知領(lǐng)域的新突破。此項(xiàng)研究對(duì)于先進(jìn)機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能交互、柔性電子等領(lǐng)域的發(fā)展具有重要意義。
未來(lái)，該研究團(tuán)隊(duì)計(jì)劃將軟體執(zhí)行器與神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)進(jìn)行集成，以實(shí)現(xiàn)感知運(yùn)動(dòng)一體化和主動(dòng)觸覺(jué)探索功能。
本文鏈接：南開(kāi)大學(xué)團(tuán)隊(duì)研制出神經(jīng)形態(tài)人工觸角系統(tǒng)http://www.sq15.cn/show-2-5615-0.html
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