作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 生物触觉/视觉神经元和机械光子人工突触
(一)生物触觉/视觉感觉系统示意图
(二)基于石墨烯/二硫化钼异质结构的机械光子人工突触示意图
㈠光电晶体管的俯视扫描电子显微镜图像；比例尺，5微米
青色区域表示二硫化钼薄片，而白色条带表示石墨烯
(二)Gr/MoS2异质结构电荷转移/交换图解
(三)从人工突触输出机械光子信号用于图像识别
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abd9117 多功能和多样的人工神经系统可以结合多模态可塑性、记忆和监督学习功能来辅助神经形态计算
在一份新的报告中，于金然和一个研究团队在中国和美国研究纳米能源、纳米科学和材料科学
提出了一种具有协同力学和光学可塑性的生物仿生机械光子人工突触
该团队使用由石墨烯/二硫化钼异质结构制成的光电晶体管和集成的摩擦电纳米发电机来组成人工突触
它们用摩擦电势控制异质结构中的电荷转移/交换，并容易调节光电突触行为，包括突触后光电流、光敏性和光电导性
机械光子人工突触是模拟复杂生物神经系统和促进交互式人工智能发展的一种有前途的实现
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
大脑启发的神经网络
人脑可以通过听觉、视觉、嗅觉和体感相互作用整合认知、学习和记忆任务
这个过程很难用传统的冯·诺依曼体系结构来模仿，因为它需要额外的复杂功能
大脑启发的神经网络由各种突触装置组成，利用突触权重来传输信息和进行处理
新兴的光子突触结合了光和电神经形态调制和计算，提供了高带宽、快速和低串扰的有利选择，从而显著降低功耗
在人工突触塑化过程中，包括触摸、眨眼和挥动手臂在内的生物力学运动是操作电子设备的其他普遍存在的触发器或交互信号
在这部作品中，于等人
提出了一种具有协同机械和光学可塑性的机械光子人工突触
该装置包含一个光电晶体管和一个以接触分离方式集成的摩擦电纳米发电机
机械光学人工突触作为交互式光电接口、合成视网膜和智能机器人具有巨大的功能潜力
机械光子人工突触的机械信号和视觉信号的协同效应
(一)机械光子人工突触的协同力学和光学信号示意图
(B)在1毫米的固定D，VD = 1伏，光脉冲宽度为0的不同PLED下的PSCs
5秒
插图:PSC与PLED的峰值电流
(C)当灯关闭时，不同PLED下的PSCs
(D)不同光脉冲宽度下的δPSCs(PLED = 3
5毫瓦厘米2，直径= 1毫米)
(E)不同位移下40个连续光脉冲下的δPSCs(PLED = 3
5毫瓦厘米2；脉冲宽度，50 msD = 0
5、1和1
5毫米)
电导裕度(Gmin格明)作为位移的函数
学分:科学进步，doi: 10
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abd9117 机械光子人工突触 人脑及其相关的生物力学和视觉感觉对于获取体感和视觉信息至关重要
大脑包含多种神经元，这些神经元通过各种模式接收交互信号，以在多感觉关联区域实现神经形态计算
神经信息传递过程中两个相邻神经元之间重要连接点的突触
于等
被大脑和神经系统生物感应，以开发具有协同机械和光学可塑性的机械光子人工突触
机械光子人工突触包括一个光电晶体管和集成的TENG(摩擦电纳米发电机)
在实验过程中，该团队使用化学气相沉积法在光电晶体管上沉积单层石墨烯，然后将单层石墨烯堆叠在二氧化硅衬底上的多层硫化钼(MoS2)薄片上
利用实验装置，于等
可以实现突触可塑性的协同光学和机械调节
基于Gr/MoS2异质结构的机械光电晶体管及其工作机理
输出电压与位移的关系
插图:车辆发动机表征的等效电路图
(二)黑暗和不同绿光功率强度下的转移曲线
(三)基于锗/二硫化钼异质结构的机械光电晶体管的工作机理
在(I)初始平带状态，(ii)分离状态(D+)和(iii)接触状态(D)下的工作原理和相应能带图的示意图
学分:科学进步，doi: 10
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abd9117 测试设备和机械光学特性
为了测试摩擦电势选通的实用性，该团队使用测试电路表征了TENG输出电压与机械位移的关系，其中他们将晶体管电介质电容器和测试系统电容器与TENG并联
通过优化异质结构中二硫化钼的厚度
提高了器件的光敏性和电气性能，从而潜在地影响器件的系统级应用
为了描述机械光电晶体管的特性，他们测量了在不同功率强度下TENG位移和绿色发光二极管照明的协同效应下的输出性能
为了理解器件的机械光子晶体管的可调光响应，他们研究了机械位移对光电流和光敏性的影响
相对于异质结构中与电场相关的费米能级和电子态，更正的位移可以诱导更大的光电流和更高的光接收性
与机械位移相关的光响应提高了器件的光敏性，同时根据需要将特征调节到所需水平
机械光子人工突触图像识别的人工神经网络仿真
具有784个输入神经元、100个隐藏神经元和10个输出神经元的模拟神经网络的示意图
(二)视网膜神经网络示意图
从人工神经网络获得的映射图像的例子:输入图像、初始状态图像、D = 1毫米时的输出图像和D = 1时的输出图像
5毫米
(四)不同突触数视觉信号刺激的识别准确性
(五)不同训练样本数下视觉信号刺激的识别精度
学分:科学进步，doi: 10
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abd9117 通道传导性和长期突触可塑性
该团队随后使用机械位移和光照来调节晶体管的沟道电导率；机械光子人工突触多峰塑性的基础
作为完成突触光响应的先决条件，他们在不同的位移状态下保持基础突触后电流稳定在不同的水平
研究表明摩擦电势调制的电行为和光电行为对突触后电流的影响
他们保留了机械光子人工突触一个多小时，没有改变，为实现长期突触可塑性的协同光学和机械模块提供了证据
研究小组将突触后电流的降低归因于装置中使用的石墨烯中空穴密度的减弱，另一方面，他们将持续的突触后电流归因于二氧化硅中的局域态和定向摩擦电场
例如，在光照过程中，二硫化钼中会感应出光生电子
与以前的生物传感突触装置相比，目前的机械光子人工突触通过机械和视觉信号同时实现了双模塑化
基于Gr/MoS2异质结构的机械光子人工突触
(一)在黑暗中实时评估初始PSCd从0到1不等
5毫米
D = 1 mm和PLED = 3时人工突触的光激活突触后电流(PSC)
5毫瓦厘米2，50毫秒光脉冲宽度
光照协同作用下的PSC和不同的D(从0
75比1
VD = 1伏时为5毫米)
上图:机械和视觉突触前信号的示意图
PLED固定在3
5毫瓦厘米2，50毫秒光脉冲宽度
(四)在两种不同的位移状态(D+和D+’)下，光照和光照后(持续光电流区)Gr/ MoS2异质结构中的态密度和载流子分布示意图
学分:科学进步，doi: 10
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abd9117 模拟用于图像识别的人工神经网络
于等
进一步研究了人工突触在光脉冲输入下体现不同时空信息的协同效应
然后，他们使用经过修改的美国国家标准与技术研究所(MNIST)手写图像数据集，使用典型的突触特征来模拟基于感知的多层人工神经网络(ANN)，用于监督学习功能
于安、于等人
包括28×28个输入神经元、100个隐藏神经元和10个通过突触权重完全连接的输出神经元
总共784个输入神经元对应于28×28 MNIST图像，10个输出神经元对应于从0到9的10个阿拉伯数字
该团队构建了由人类视网膜激发的人工神经网络生物传感器，该传感器包含数十亿个神经细胞，形成一个复杂的三层网络
然后，他们展示了如何改善设备的周期性、稳定性和可重复性，从而改善人工神经网络对图像识别的模拟
前景 这样，于金然和他的同事开发了一种具有协同多模态突触可塑性的机械-光子人工突触
该团队利用摩擦电势来驱动突触晶体管，并调节异质结构中的电荷转移交换，以促进突触光电流、持久的光电导和光敏性
该设置还允许长期记忆和连续的神经促进
该小组随后模拟了一个人工神经网络，以展示机械塑化提高图像识别精度的可行性
这项工作将为开发多功能和交互式神经形态设备铺平道路
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