ACS Nano | 祝贺博士研究生戴季卿文章发表“仿生纳米通道介导的离子跨膜电势用于自适应神经形态触觉感知”研究论文！
近日，南方科技大学生物医学工程系肖凯副教授团队在ACS Nano期刊上发表了题为“Artificial Nanochannel-Mediated Ionic Transmembrane Potential for Adaptive Neuromorphic Tactile Perception”的研究型文章。该研究受皮肤触觉系统中快、慢适应触觉小体机制启发，在离子水凝胶中引入带电纳米通道膜构建离子限域空间，通过调控离子跨膜输运行为（压力/电驱动离子流及扩散），揭示离子传输与柔性纳米流体器件压力响应及电学性能之间的内在关联，实现单器件层面的快适应压力感知及器件间压-电信号耦合的慢适应压力感知。进一步通过阵列化集成构建具备纹理识别与机械执行能力的自适应仿生触觉系统，拓展了纳米流体器件在神经形态触觉感知中的应用。
基于软离子导体的仿生触觉感知系统因其高生物相容性与可与生命体系进行双向信息交互，为解决当前传感系统的效率与计算瓶颈提供了潜在方案。然而，由于离子与电极表面之间的亲和作用引起的离子弛豫，以及聚合物基体中离子传输方向的不定性，离子压电过程通常表现出超过数百微秒的恢复时间，从而限制了其对高频压力的检测能力以及低检测限感知的潜力。此外，虽然离子-电子界面双电层（EDL）的充放电效应及离子导电滞后使离子导体在神经形态器件中受到关注，但互连压离子导体的电学响应仍缺乏系统研究。这些功能对于通过互联传感单元中离子压电信号与突触计算的耦合来实现高效计算至关重要。
图1 基于离子跨膜电势调控的自适应神经形态触觉感知
本工作制备的仿生触觉器件采用带负电的PET纳米通道夹层离子水凝胶结构，模仿生物压感蛋白通道（Piezo2）的离子选择性传输实现低压力检测阈值与快速响应特性，使器件可对静态及微小压力进行快适应检测。同时在互连器件中，纳米通道增强的离子选择性使离子压电信号驱动的电响应电位呈现数秒至数分钟的信号弛豫行为，对应Merkel盘中的慢适应感知功能。器件的低驱动电流特性赋予其高效集成的自适应感知能力，通过互连阵列仅需四条组合信号通道即可获取多样压力信息，既降低了信号记录消耗，又保持了感知分辨率。通过快、慢适应能力采集物体表面结构信息，仿生神经形态触觉感知系统实现了92.3%的高纹理识别准确率，兼具集成化与高效计算能力，在可穿戴智能触觉感知领域有广阔应用前景。
图2 基于自适应触觉感知的纹理识别
文章信息：Artificial Nanochannel-Mediated Ionic Transmembrane Potential for Adaptive Neuromorphic Tactile Perception
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