一種新型全可降解人工突觸為高性能環(huán)保人工智能開辟道路。研究人員正在構(gòu)建一種能模仿大腦的類芯片裝置，使用后可完全在土壤中分解。韓國蔚山國立科學技術(shù)研究院利用豆類、貝殼和植物纖維等材料，研制出全球首款全可降解人工突觸。這項技術(shù)有望解決數(shù)字化時代電子垃圾激增與能耗飆升的雙重危機。

蔚山國立科學技術(shù)研究院能源與化學工程學院的Hyunhyub Ko教授表示："我們的研究一舉攻克了人工突觸技術(shù)面臨的超低功耗、穩(wěn)定性、耐用性和可降解性等核心難題，朝著開發(fā)環(huán)保神經(jīng)形態(tài)設(shè)備邁出重要一步——這類設(shè)備既能安全與環(huán)境交互，又能在完成任務(wù)后無縫消失。"

環(huán)保構(gòu)成傳統(tǒng)人工突觸雖在人工智能領(lǐng)域前景廣闊，但往往能耗較高，加劇了全球電子垃圾堆積問題?；趯沙掷m(xù)技術(shù)的迫切需求，該團隊著手設(shè)計一種既能模擬大腦卓越功能又環(huán)保的人工突觸。這項創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用天然可降解聚合物構(gòu)成微型分層架構(gòu)——猶如"微觀三明治"，從貝殼和豆類提取的離子活性層包裹著由植物莖稈醋酸纖維素制成的中心離子結(jié)合核，蟹殼中的殼聚糖與其他天然提取物共同構(gòu)成完整環(huán)保電路。

當電脈沖激活裝置時，會釋放模擬生物神經(jīng)遞質(zhì)行為的鈉離子。這些離子通過離子-偶極耦合錨定在內(nèi)部界面，使突觸在斷電后仍能保留信息。通過穩(wěn)定保持離子狀態(tài)，該裝置能觸發(fā)"級聯(lián)式"反應(yīng)，有效模擬大腦形成短期與長期記憶的能力，從而展現(xiàn)多種形式的突觸可塑性——這正是生物大腦學習與適應(yīng)的核心機制。

卓越的記憶保持力令人驚訝的是，該裝置的記憶保持時間可達近6000秒（約100分鐘），成為目前報道中記憶保持最持久的可降解突觸。能效是這項技術(shù)的顯著標志，每個信號僅需0.85飛焦能量，比人腦單次事件消耗2.4-24飛焦的效率更高。這項超越生物基準的成就證明，可持續(xù)的天然硬件無需為性能犧牲能效。

環(huán)境友好性同樣出色，每個組件都設(shè)計為可回歸自然。離子活性層與離子結(jié)合層在土壤中僅需16天即可完全分解，最終不留任何有毒痕跡或持久污染。為驗證實際應(yīng)用潛力，團隊甚至構(gòu)建了具備基礎(chǔ)反射功能的簡易機器人系統(tǒng)。當人工突觸檢測到熱量時，內(nèi)部離子運動將信號放大，使機器手立即縮回，完美復現(xiàn)人類反應(yīng)。

這項原型技術(shù)為新一代綠色電子設(shè)備鋪平道路——它們能夠?qū)W習、適應(yīng)，并在完成任務(wù)后最終回歸自然環(huán)境，有望推動下一代環(huán)保機器人、人工智能設(shè)備和神經(jīng)形態(tài)技術(shù)的發(fā)展。

該研究已發(fā)表于《自然·通訊》期刊。

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