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宁波材料所在柔性氧化物神经形态晶体管研究方面取得进展 通告时间:2018年11月29日 来:宁波材料所

        “人工智能(AI)”凡是在上世纪50年代提出的,经历了缓慢的进步时期。但是,从2016年“AlphaGo”出版以来,目前AI已经成为了世界的研究热点之一,受到关注。值得注意的是,现有的AI技术主要依据传统冯·诺依曼搭,需要用较为复杂的计算机代码才能实现,那个计算模块与存储模块相分离,所以其并行运算能力有限,还能耗较高,针对今后非结构化大数量的拍卖和计算而讲话,有一定的局限性。并且,近来,根据器件层面构建人工生物神经系统,啊正在成为AI天地的一个要分支。突然触作为人脑认知行为的中心单元,凡是神经元间有联系的重要地位,凡是构建人工神经网络的重要出发点。在突触仿生电子学方面,目前的研究重点包括两端阻变器件和老三端晶体管,立即类器件已经模仿了部分由简单到复杂的各种突触功能和神经元功能,有潜在的使用前景。

  近来,中国科学院宁波材料技术和工程研究所功能材料界面物理和器件应用团队在柔性神经形态器件研究方面取得了新的进展,那个在未来柔性神经形态平台构筑上有潜在的使用。他们在柔性PET衬底上制备了因壳聚糖薄膜作为栅介质的、有学习行为的ITO突然触晶体管,那个在机械弯曲应力作用1000浅后,器件各项性能参数保持稳定;在栅极偏压应力作用8000秒后,察觉器件阈值电压呈现一定的泛,证明研制的晶体管具备学习能力。随即,在研制的柔性ITO薄膜晶体管上学了三种突触功能:突然触后兴奋电流(EPSC)、双脉冲易化(PPF)和尖峰时序依赖可塑性(STDP)。1968年,Atkinson和Shiffrin从心理学层面提出了“脑多重记忆模型”:感知记忆(SM)到小程记忆(STM)和短程记忆到长时程记忆(LTM)的倒车过程。该组织通过栅脉冲刺激频率和栅脉冲刺激强度的计划,在单一突触晶体管上实现了针对“脑多重记忆模型”的模拟。上述成果发表于ACS Applied Materials Interfaces, 2018, 10 (19), 16881-16886达到(舆论链接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b03274)。

  生理学上著名的“巴普洛那狗条件反射”(即使经典条件反射实验)凡是一类重要的联想学习行为,那个反映了条件刺激和不条件刺激先后关系对神经元活性的影响行为,在单一器件上实现对当下同联想学习行为的模拟是相近脑神经形态器件的重要研究内容。值得指出的是,STDP学习法则是重要的突触学习行为,针对神经系统认知行为有着重要作用,体现了前、继突触刺激对突触权重的影响规律,凡是调节高级神经活动的重要突触学习机制。可以视,条件反射与STDP学习法则具有一定的相似性,被这启发,该组织研制了可再粘贴的氧化物神经形态晶体管,使用透明聚酰亚胺(PI)胶带作为衬底,随即设计了不同波形的突触刺激,成功在单一器件上学了生物突触中的四类STDP学习行为,包括Hebbian STDP,相反Hebbian STDP,对称STDP和视觉STDP。Hebbian STDP的测试曲线拟合参数与生物突触上实测的参数近似,标志该种神经形态晶体管具有类脑操作特性。根据STDP学习法则,不要外加复杂电路和元器件,即使可在单一神经形态晶体管上实现对经条件反射行为的模拟,包括信息的取得、消灭和恢复。此外,还成功模拟了经条件反射里的标准抑制行为,立即为是神经形态器件研究中的首次报导。该成果为“Restickable Oxide Neuromorphic Transistors with Spike-Timing-Dependent-Plasticity and Pavlovian Associative Learning Activities”啊写,刊登于Advanced Functional Materials 2018, 28 (44) 1804025, (舆论链接https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201804025)

  上述工作取得了国家自然科学基金委、浙江省杰出青年基金、中科院青年创新促进会、宁波市科技创新团队等项目的捐助。

希冀1 “铺天盖地记忆”示意图及测试结果

希冀2 “巴普洛那”条件反射示意图


 
希冀3 器件Hebbian STDP测试结构和条件反射测试方案示意图


 
希冀4 “巴普洛那”条件反射测试结果

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