韩国科学技术院(KAIST)开发出基于神经形态半导体的人工感觉神经系统,能让机器人像生物体一样忽略安全熟悉的刺激,同时对危险信号快速反应。该技术旨在为超小型机器人、假肢等应用提供智能且节能的响应支持。

动物和人类通过忽略安全或熟悉的信号、警惕重要或有害刺激来节省能量。空调的持续嗡鸣或衣物的触感会逐渐被忽略,但听到自己的名字或被尖锐物体触碰时,注意力会迅速集中。

这种对比反应由“习惯化”(减弱对重复无害输入的反应)和“敏感化”(增强对重要/危险刺激的响应)调控。研究人员一直试图将这些感觉神经系统功能融入机器人,使其能像人类一样高效应对外部环境。

在紧凑、低功耗硬件中实现这些功能一直颇具挑战,因为多数方法需要复杂的独立软件或电路。忆阻器作为下一代半导体器件,能以电阻形式存储模拟值,被广泛研究用作人工突触。但现有器件通常仅允许简单的单调导电性变化,限制了其模拟生物神经系统复杂特性(如习惯化和敏感化)的能力。

KAIST忠南团队开发的新型忆阻器引入了额外的内层,其导电性可反向变化。这种反向响应使单个器件能复现动态突触模式:对重复良性刺激的输出逐渐减弱,但检测到危险信号时会快速恢复甚至增强响应。由于自适应行为内置于器件硬件,系统无需复杂软件或处理器即可运行,有助于微型化和节能。

为验证概念,研究人员构建了可识别触觉和痛觉的人工感觉神经系统,并集成到机械手中。机械手最初对陌生触觉输入反应敏感;当重复施加相同安全触摸时,响应逐渐减弱,表现出对无害刺激的习惯化忽略。

随后,当触觉输入与电击结合时,系统将这种组合解读为危险信号,再次变得高度敏感,展现出敏感化特性。实验结果证明,机器人无需复杂软件或处理器即可像人类一样高效响应外部刺激,为开发节能神经启发机器人提供了可能。