研究人员开发出具有多种神经形态功能的流体忆阻器

神经形态设备因其在神经形态计算、智能传感、脑机接口和神经假肢方面的潜在应用而受到越来越多的关注。然而，大多数实现的神经形态功能都是基于固态设备对电脉冲的模拟。模仿化学突触的功能，尤其是神经递质相关的功能，仍然是该研究领域的一个挑战。

在《科学》杂志发表的一项研究中，由中国科学院化学研究所于平教授和毛兰群教授领导的研究小组开发了一种聚电解质限制的流体忆阻器(PFM)，它可以模拟多种电脉冲，具有超低能源消耗。此外，受益于PFM的流体特性，还可以模拟化学调节的电脉冲和化学-电信号转导。

研究人员首先通过表面引发的原子转移聚合制造了聚电解质限制的流体通道。通过系统地研究电流-电压关系，他们发现制造的流体通道可以被识别为忆阻器，定义为PFM。离子记忆的起源来自阴离子进出聚电解质刷的相对缓慢的扩散动力学。

PFM可以模拟短期可塑性模式(STP)，包括成对脉冲促进和成对脉冲抑制。这些功能可以在与那些生物系统一样低的电压和能量消耗下运行，表明在仿生感觉运动实现、智能传感和神经假肢方面的潜在应用。

PFM还可以模拟化学调节的STP电脉冲。基于聚电解质和抗衡离子之间的相互作用，可以在不同的电解质中调节保留时间。更重要的是，在生理电解质(即磷酸盐缓冲盐溶液，pH7.4)中，PFM可以模拟三磷酸腺苷(ATP)对记忆的调节，证明了通过神经递质调节突触可塑性的可能性。

基于聚电解质和抗衡离子之间的相互作用，利用PFM完成了化学-电信号转导，这是制造人工化学突触的关键一步。

通过对离子通道的结构仿真，PFM具有多功能性，易于与生物系统接口，为通过引入丰富的化学设计构建具有高级功能的神经形态设备铺平了道路。这项研究提供了一种将化学与神经形态设备相结合的新方法。