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向皮肤学习:集传感和记忆功能于一体的触觉记忆设备

2016-1-27 10:43| 发布者: 书书爱材料| 查看: 1932| 评论: 6|来自: 材料人网
摘要: 材料人网注:新加坡的一支研究团队研发出了集传感和记忆功能于一体的触觉记忆设备。触觉将我们与周围的世界联系起来,是我们在体验物质和情感世界过程中不可分割的一部分。人体皮肤对压力和温度极为敏感,众科学家不 ...
材料人网注:新加坡的一支研究团队研发出了一种集传感和记忆功能于一体的触觉记忆设备。

触觉将我们与周围的世界联系起来,是我们在体验物质和情感世界过程中不可分割的一部分。人体皮肤对压力和温度极为敏感,众科学家不断努力望将类似于皮肤的传感器赋予电子设备。天然皮肤细腻的感知功能促进了类似皮肤感知功能的传感设备的快速发展,尤其是触觉传感器,例如电子皮肤的应用。

当皮肤受到外界脉冲信号的刺激时,它能通过传入神经元将产生的感知信息传输入大脑形成触觉记忆。这样我们就对刺激有了印象。

目前,对触觉传感器的研究大多集中在提其高灵敏度及自然皮肤模拟的多功能化上。然而,虽然天然皮肤可以感受到外部压力并可有效地形成触觉记忆,但是目前灵敏的电子皮肤触觉传感器只能执行传感功能。

为缩小最先进的触觉传感设备和天然皮肤之间的功能差距,新加坡的一支研究团队研发出了集传感和记忆功能于一体的触觉记忆设备。

在新的工作中,科学家们提出了一种通过模仿人类感官记忆的触觉记忆设备来实现对触觉记忆的检测和保持的策略。他们的研究报道于2015年12月16日在Advanced Materials网上出版。

研究人员通过将银纳米线嵌入的PDMS薄膜的微结构中制作出电阻式压力传感器的敏感层。他们的电阻式开关记忆设备采用了典型的金属-绝缘体-金属的排列结构,并使用二氧化硅作为转换层,这为传感过程提供了快速的转换时间、持续的耐久性以及非易失性记忆的特点。

由于使用了非易失性存储单元,压力信息可以长时间的保留在装置中。此外,外界压力的分布可以通过引入器件阵列来感知。

该团队表明,他们设备的优势在于其合理的设计以及电阻式触觉传感器和电阻开关存储单元的结合。

这样的电阻开关存储设备与压力传感器有效地结合从而得到触觉记忆—这是因为它的存储模拟值与神经元间突触的作用类似,所以它能通过构建人工神经网络从而用于模拟大脑的记忆功能。

电阻转换存储设备可以进行信息的存储和操作,因为我们可以在高电阻(HRS)和低电阻状态(LRS)(分别对应于关(0),开(1))间配置一个单元。

同样地,电阻式压力传感器也可以通过电阻的改变来反映外力的加载或卸载。

这些触觉记忆阵列可用于仿人机器人和人机接合处位于接触点的感觉信息的处理,从而减少被转换成数据所需的信息量,并使后续更多地智能任务得以释放。

触觉记忆阵列也可以结合假肢,这为复健领域提供关于外部刺激的反馈。

虽然最先进的传感设备已经对许多物理量做出响应,如化学信号、气体、声音、光和压力等方面表现出巨大的能力,但在技术传感系统和生物系统仍然存在着很大的差距。

人体有五种感觉方式:触觉、视觉、听觉、味觉和嗅觉;这些感觉和记忆不是孤立的,而是相互联系。这不断激发我们朝着将集成存储器件与多个传感单元相结合的方向,为模仿人类的感官记忆建立高度集成系统的方向工作。


素材:顾玥 译者: 杜美丽 邓婷婷  审核:杨雨思
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