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科技日报:南开团队首次利用人工突触器件模拟实现哺乳动物大脑的感官功能

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发表于 2023-3-18 19:11:09 来自手机 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 papertiget98 于 2024-1-8 19:36 编辑

        近日,由南开大学神经形态与柔性电子实验室徐文涛教授牵头的科研团队,首次利用柔性人工突触器件,开发出一种神经形态运动感知系统,在硬件层面成功实现了大脑的多感官整合功能,并获得了卓越的运动感知性能。
  大脑的多感官整合(Multisensory Integration)是一个将不同模态感官信息进行结合的过程,它对于许多生物完成决策、记忆和学习等任务至关重要。例如,大黄蜂可同时利用视觉和触觉信息识别物体,星鼻鼹鼠在无光的地下环境中可使用触觉-嗅觉协同感知的方式对周围环境进行探索。多感官整合机制依赖高度并行且异步触发的神经元和突触网络。
  为了实现神经元和突触的基本功能,以人工突触(Artificial Synapse)为代表的神经形态器件获得了广泛关注与研究。然而,与大脑多感官整合机制相关的高级功能尚未在神经形态器件和系统中得到开发与验证。此外,如何从硬件层面在神经形态器件中实现认知智能与类脑智能也是亟待解决的难题。
  南开团队设计的神经形态运动感知系统,受启发于猕猴的多感官整合与空间感知机制。猕猴的自主运动会在内耳前庭和视网膜中激发惯性信号和光流信号等运动信息,大脑皮层的特定区域对编码为尖峰脉冲的运动信息进行处理识别后,最终通过整合不同感官模态的信息实现空间感知。在神经形态运动感知系统中,加速度计和陀螺仪分别获取加速度和角速度信号,这两种运动信号被编码为两个脉冲序列,随后传输至高性能突触晶体管进行处理。两个脉冲序列的相关性和时序关系影响器件的突触可塑性,从而影响器件输出。通过对脉冲平均发放率和突触器件输出电流进行判定,实现运动信号的分类识别。
  通过光流传感器、振动触觉传感器、惯性传感器构建传感单元,该系统可检测视觉、触觉、加速度觉多个模态的传感信息。对来自不同类型传感器的信息进行有效整合,可显著提升运动识别的准确率(高于94%),并且实验结果符合大脑的感知增强效应。此外,得益于可穿戴、高集成、低功耗的特点,该系统可进一步贴附于人体皮肤或装载于小型无人机,完成人体动作识别、无人机飞行模式识别等复杂任务。
  据介绍,该系统模拟了哺乳动物大脑中感官线索整合的过程,并结合传感信号的脉冲编码策略、突触器件的脉冲整合特性、突触电流信号的时空识别方法实现了类脑水平的运动感知功能。该工作将神经形态认知智能与大脑多模态感知机制相结合,对于类脑器件、仿生电子的开发具有重要的指导意义,可潜在应用于移动机器人、智能可穿戴设备、人机交互等领域。

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 楼主| 发表于 2023-3-18 19:23:59 | 显示全部楼层
本帖最后由 papertiget98 于 2024-1-7 15:50 编辑

徐文涛,1983年生,现任南开大学教授,博士生导师,国家杰青。
曾在美国四院院士伊利诺大学香槟分校John A Rogers教授研究组和美国两院院士、中科院外籍院士斯坦福大学鲍哲南教授研究组访问学习和合作研究。近年来研究兴趣主要在神经形态电子材料与器件与柔性电子领域,涉及材料、化学、物理、电子、仿生多学科交叉。主要围绕柔性电子与神经形态电子学领域,涉及材料、物理、电子、生命科学、医学工程等多领域的学科交叉。在人造传入(感知)与传出(运动)神经设计开发、神经形态器件新原理研究与性能突破以及神经形态纤维材料制备等方面开展了系统性的研究工作。近5年来作为通讯作者在Science、Nature Communications、Matter、Research、Advanced Materials、Advanced Functional Materials、ACS Nano、Advanced Science、Nano Energy等杂志发表文章,申请专利20余项。

初出江湖

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发表于 2023-3-18 19:52:52 来自手机 | 显示全部楼层
看起来挺厉害。。。

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 楼主| 发表于 2024-1-7 16:23:44 | 显示全部楼层
本帖最后由 papertiget98 于 2024-1-8 20:31 编辑

 1月3日下午,由南开牵头建设的中国新一代人工智能发展战略研究院(以下简称“战略院”)学术委员会会议暨特聘专家、特约研究员、研究员致聘大会在中国工程院召开。中国工程院二局局长王振海,中国工程院二局副局长丁养兵,天津市科学技术局党委委员、一级巡视员张桂华,南开大学党委常委、副校长方勇纯出席会议并致辞。中国工程院院士潘云鹤、卢锡城、陈左宁、廖湘科、柴天佑、刘韵洁、李兰娟、高文、陈志杰、赵沁平、丁文华、陈纯、沈昌祥,战略院执行院长龚克出席会议。中国工程院二局、中国工程院信息与电子工程学部、天津市科技局、南开大学等有关单位和部门负责人,战略院专家学者代表40余人参加会议。
  会议分为两阶段,第一阶段学术委员会会议由战略院学术委员会副主任卢锡城主持。
  王振海在致辞中代表中国工程院对战略院所承担的多项工程院咨询研究项目,以及重要研究成果表示肯定。他指出,战略院在下一阶段研究中,应当重点围绕服务国家重大战略需求,有针对性地加强战略研究、强化战略咨询。他表示,在今后的工作中,中国工程院也会继续给予中国新一代人工智能发展战略研究院指导、帮助和支持,努力将战略院打造成为高水平、国际化,具有一定影响力的国家级科研平台。
  张桂华对中国工程院以及学术委员会各位院士、专家学者一直以来对战略院工作的大力支持表示感谢,并对战略院在战略课题研究、政策建议产出、社会公众服务等多领域所作出的卓越贡献给予了高度肯定。她表示,天津市科技局未来会一如既往地加强对战略院的支持,帮助战略院建设成为对天津与国家智能科技产业发展进行重大战略咨询的主要载体之一。
  龚克向学术委员会报告了2023年度战略院工作的总体情况,他重点介绍了战略院在承担战略咨询研究项目、参与学术交流活动以及智库建设等方面所取得的成果。他表示,战略院将进一步加强研究队伍建设,扩大国内外合作,重视凝练和宣传研究成果,提升撰写高质量咨询建议报告的能力,并希望学委会专家能够给予指导和支持,以进一步提高战略院的研究工作水平。
  战略院学术委员会主任潘云鹤在总结讲话中指出,战略院作为中国最重要的人工智能产业战略与科技研究机构之一,对中国人工智能的发展起到非常重要的促进作用。他指出,人工智能的战略研究要经常瞄准人工智能发展的新动态,战略院在今后研究中应当进一步侧重于人工智能如何促进国家相关产业的发展转型,希望战略院为我国的人工智能发展作出更大的贡献。
  会议的第二阶段,是战略院学术委员会换届大会及特聘专家、特约研究员、研究员致聘大会,由龚克主持。
  经南开大学、中国工程院与天津市人民政府共同研究酝酿,一致通过了战略院新一届学术委员会组成专家名单。卢锡城、廖湘科、方勇纯分别为出席会议的聘任专家代表颁发聘书。
  本次战略院聘请南开大学经济研究所所长刘刚为首席经济学家;聘任国家超级计算天津中心党组书记、天河超级计算应用研发首席科学家孟祥飞等6位专家为特聘专家;聘请南开大学滨海开发研究院副院长薄文广等12位专家为研究员。
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