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神经仿生材料与器件实验室(Neuro-inspired Materials and Devices Lab)

研究领域

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我们的研究方聚焦于“离子基类脑材料与器件”,具体包括三部分:1)可控离子传输机理探究;2)离子基神经形态器件构筑;3)类脑器件生物交互探索研究方向包括不局限于:微纳米流体、水凝胶、多孔膜、柔性可穿戴器件、生物电子界面、神经形态计算、神经电生理调控等多学科交叉领域


现阶段具体研究方向如下:

1. 仿生纳米流体类脑计算器件

        生物智能传感(如皮肤压力感应)及能源利用(ATP合成)和蛋白质离子通道内离子可控传输密切相关。通过构筑调控材料的结构和界面性质(包括无机纳米材料、聚合物凝胶等)精确控制离子的输运行为,发现并拓展离子的输运新机理、传输新现象(如离子泵、离子-电子库伦拖拽等),可实现类神经的以离子为信息载体(information carriers)的新型感知和能源收集系统。


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2. 仿生软离子导体类脑计算器件

        神经元是智能生命信号传递和信息存储的基本单元,动作电位是信息和信号的载体,而动作电位的产生和电压响应离子通道(也被称为生命的“晶体管”)密切相关。以软离子导体(凝胶等)为材料基础,通过仿生的手段构筑以“离子为信息载流子”的新型离子基神经形态器件有望打破现有“硅+电子”器件模式,实现类神经元低功耗、高计算通量离子电路的构筑,为生物和外部器件无障碍信息交互(脑-机混合智能)打下良好的基础。


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3. 基于离子基类脑器件的生物交互

        智能生命神经网络运行依赖于离子的可控迁移。通过离子操控技术,构筑离子信息材料与器件,可实现与神经组织之间进行信号(离子电信号)与物质(离子物种)交互,有效避免了电子基信息器件在人机界面处的离子-电子信号转换以及零物质交换,实现真正的无缝人机交互。基于此可开发多种新型神经调控技术,实现脑信号实时读取并转换成外部功能执行,或者将外部物理场转变成大脑可识别的信息,进而用于神经信号调控或者神经疾病的治疗。

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