​新型人工触角可获得“蚂蚁级”精细感知

科技日报记者 陈曦 通讯员 郝丛艺 高雨桐

记者4月30日从南开大学获悉，南开大学和日本北海道大学合作团队以昆虫触角感觉器官的结构与功能为设计蓝图，成功研制一种神经形态人工触角系统，实现了类似蚂蚁触角传入神经的触觉感知和磁场感知功能。该成果近日发表于国际学术期刊《自然·通讯》上。南开大学徐文涛教授和北海道大学竹井邦晴教授为通讯作者，南开大学蒋程鹏博士为第一作者。

据介绍，触角是昆虫的主要感觉器官，能够精准感知微小振动、磁场方位、重力方向或化学刺激，其感知灵敏度可与人类皮肤相媲美，甚至在一些特殊功能上超过人类。

然而，相比于模拟哺乳动物的感觉器官，如何模拟昆虫触角这一高灵敏、多功能的“探测器”，一直是仿生电子领域亟待攻克的难题。

科研团队模仿蚂蚁触角传入神经的形态结构、编码策略和感知功能，来构建神经形态人工触角系统。

徐文涛教授介绍：“我们采用具备三维柔性结构的电子触角传感器实现了对振动、形变和磁场的高灵敏检测，并利用吸附二维纳米片的柔性人工突触器件，实现了对传感信息的类神经处理。”传感器阵列和突触器件阵列的连接方式模拟了生物感受器和感觉神经元的架构，传感信号的编码方式模仿了生物机械感受器的脉冲编码策略，最终在神经形态硬件中实现了传感信号时空特征的识别。

实验结果表明，该系统不仅能高效率、低功耗地处理传感数据，还可高灵敏地感知压力、纹理和磁场。通过装载于移动机器人或交互式设备，该系统在轮廓识别、纹理识别、材质分类、磁场导航、非接触交互等多种任务中，均表现出接近或超越人类感知能力的性能。

利用神经形态硬件与仿生传感器模拟昆虫触角传入神经的感知原理和信息处理机制，有望增强人类感知世界、与外界交互的能力，对于先进机器人、增强现实、智能交互、柔性电子等领域的发展具有重要意义。未来，研究团队计划将软体执行器与神经形态人工触角系统进行集成，以实现感知运动一体化与主动触觉探索功能。