德克萨斯A&M大学工程学院 每一个清醒的时刻，我们的大脑都会处理大量的数据来理解外部世界
因此，通过模仿人类大脑解决日常问题的方式，神经形态系统有巨大的潜力来彻底改变大数据分析和模式识别问题，这些问题是当前数字技术的一大难题
但是，为了使人工系统更像大脑，它们需要复制神经细胞在它们的末端，即突触，是如何交流的
在《美国化学学会杂志》9月刊上发表的一项研究中，德克萨斯A&M大学的研究人员描述了一种捕捉突触电活动模式的新材料
就像神经细胞如何根据突触的电活动历史产生振荡电流脉冲一样，研究人员说，他们的材料在由设备热历史决定的转变温度下从金属振荡到绝缘体
根据材料是否导热和导电，通常将其分为金属和绝缘体
但是有些材料，像二氧化钒，有双重生命
在特定的温度下，二氧化钒的作用就像绝缘体，抵抗热量和电流的流动
但是当加热到67摄氏度时，二氧化钒的内部性质会发生变色龙般的变化，转化为金属
温度引起的这种往复振荡使二氧化钒成为大脑激发的电子系统的理想候选物，因为神经元也会产生振荡电流，称为动作电位
向二氧化钒中加入少量的硼元素，这种材料就像突触一样起作用
信用:德州农工大学；工程硕士 但是神经元也将它们的输入集中在突触上
这种整合稳定地增加了神经元膜的电压，使其更接近阈值
当超过这个阈值时，神经元会激发动作电位
“一个神经元可以记住它的膜处于什么电压，并且根据它的膜电压相对于阈值的位置，神经元将要么放电，要么保持休眠，”博士说
萨巴杰·班纳吉是材料科学与工程系和化学系的教授，也是这项研究的资深作者之一
“我们想调整二氧化钒的性质，让它保留一些关于它离转变温度有多近的记忆，以便我们能够模仿生物神经元突触发生的情况
" 给定材料的转变温度通常是固定的，除非添加称为掺杂剂的杂质
虽然掺杂剂可以根据其类型和在二氧化钒中的浓度来改变转变温度，但班纳吉和他的团队的目标是通过一种方法来调整转变温度的上升或下降，这种方法不仅反映了掺杂剂的浓度，还反映了自其被重置以来所经过的时间
他们发现，这种灵活性只有在他们使用硼的时候才有可能
当研究人员向二氧化钒中加入硼时，这种材料仍然从绝缘体转变为金属，但转变温度现在取决于它在由硼产生的新的亚稳态中保持多长时间
“生物神经元对它们的膜电压有记忆；同样，掺硼的二氧化钒对它的热历史有记忆，或者正式地说，它处于亚稳态有多长时间了
黛安·塞勒斯是这项研究的主要作者之一，也是班纳吉实验室的前研究科学家
“这种记忆决定了器件从金属振荡到绝缘体的转变温度
" 虽然他们的系统是模拟生物突触的第一步，但目前正在进行实验，通过控制二氧化钒弛豫过程的动力学，为材料的行为引入更多的动力
帕特里克·沙姆伯格，材料科学系教授，该研究的相应作者
在不久的将来，博士
材料科学系教授、班纳吉该项目的合作者肖峰强计划通过探索其他更复杂的氧化钒化合物的原子和电子结构来扩展目前的研究
此外，合作团队还将研究用替代掺杂剂制造其他神经形态材料的可能性
“我们想研究我们在二氧化钒中观察到的现象是否适用于其他主晶格和其他客体原子，”博士说
Raymundo Arróyave，材料科学系教授，该研究的相应作者
“这一见解可以为我们提供几种工具，进一步调整这些类型的神经形态材料的性质，以用于不同的应用
" Erick J
化学系的布拉姆是这项研究的主要作者之一
这项研究的其他贡献者包括张白玉博士
蒂莫西·德
材料科学系的布朗和海蒂·克拉克；来自J
麦克·沃克’66机械工程系；西奥多·埃·阿比舍克·帕里哈
G
阿里维奥和博士
路易斯·雷
化学系的德耶稣；医生
加拿大萨斯喀彻温大学的Lucia Zuin还有博士
加州劳伦斯·伯克利国家实验室的大卫·普伦德加斯特
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