Vandtætte kunstige synapser til mønstergenkendelse i organiske miljøer

De fleste kunstig intelligens (AI) systemer forsøger at replikere biologiske mekanismer og adfærd observeret i naturen. Et centralt eksempel på dette er elektroniske synapser (e-synapser), som forsøger at reproducere forbindelser mellem nerveceller, der muliggør transmission af elektriske eller kemiske signaler til målceller i menneskekroppen, kendt som synapser.

I løbet af de sidste par år har forskere har simuleret alsidige synaptiske funktioner ved hjælp af enkelte fysiske enheder. Disse enheder kan snart muliggøre avancerede indlærings- og hukommelsesfunktioner i maskiner, efterligne funktioner i den menneskelige hjerne.

Nylige undersøgelser har foreslået fleksible, gennemsigtige og endda biokompatible elektroniske enheder til mønstergenkendelse, som kunne bane vejen mod en ny generation af bærbare og implanterbare synaptiske systemer. Disse "usynlige" e-synapser, imidlertid, kommer med en bemærkelsesværdig ulempe:de opløses let i vand eller i organiske opløsninger, hvilket langt fra er ideelt til bærbare applikationer.

For at overvinde denne begrænsning, forskere ved Fudan University i Shanghai har sat sig for at udvikle en ny stald, fleksibel og vandtæt synapse velegnet til applikationer i organiske miljøer. Deres studie, skitseret i et papir offentliggjort i Royal Society of Chemistry's Nanoskala horisonter tidsskrift, præsenterer en ny fuldt gennemsigtig elektronisk enhed, der efterligner væsentlig synaptisk adfærd, såsom paired-pulse facilitation (PPF), langvarig potensering/depression (LTP/LTD) og læring-glemme-genlære processer.

"I det nuværende arbejde, en stabil vandtæt kunstig synapse baseret på en fuldt gennemsigtig elektronisk enhed, velegnet til bærbare applikationer i et organisk miljø, er for første gang demonstreret, " skrev forskerne i deres papir.

Den fleksible, fuldt gennemsigtig og vandtæt enhed udviklet af forskerne har hidtil opnået bemærkelsesværdige resultater, med en optisk transmittans på ~87,5 procent i området for synligt lys. Det var også i stand til pålideligt at replikere LTP/LTD-processer under bøjede tilstande. LTP/LTD er to processer, der påvirker synaptisk plasticitet, som henholdsvis medfører en forøgelse og formindskelse af synaptisk styrke.

Forskerne testede deres synapser ved at nedsænke dem i vand og i fem almindelige organiske opløsningsmidler i over 12 timer. De fandt ud af, at de fungerede med 6000 pigge uden mærkbar nedbrydning. Forskerne brugte også deres e-synapser til at udvikle en enhed-til-system-niveau simuleringsramme, som opnåede en håndskrevet ciffergenkendelsesnøjagtighed på 92,4 procent.

"Enheden demonstrerede en fremragende gennemsigtighed på 87,5 procent ved 550 nm bølgelængde og fleksibilitet ved en radius på 5 mm, " skrev forskerne i deres papir. "Typiske synaptiske plasticitetsegenskaber, inklusive EPSC/IPSC, PPF og læring-glemme-genlære processer, blev efterlignet. Desuden, e-synapsen udviste pålidelig LTP/LTD-adfærd i flade og bøjede tilstande, selv efter at have været nedsænket i vand og organiske opløsningsmidler i over 12 timer."

Enheden foreslået af dette team af forskere er den første "usynlige" og vandtætte e-synapse, der pålideligt kan fungere i organiske miljøer uden skader eller forringelse. I fremtiden, det kunne hjælpe med udviklingen af ​​nye pålidelige hjerne-inspirerede neuromorfe systemer, inklusive bærbare og implanterbare enheder.

© 2019 Science X Network