[發(fā)明專利]一種人工嗅覺纖維及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110002218.0
• 申請日: 2021-01-04
• 公開（公告）號: CN112802963B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發(fā)明（設計）人: 劉歡;李華曜;趙雨農(nóng);李龍;胡志響;藍新正
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;D06M11/53;D06M11/74;D06M11/46;D06M11/83;D06M11/48;D06M11/65;D06M15/53;D06M15/333;D06M11/28;D06M101/06;D06M101/38;D06M101/32;B82Y
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 許恒恒;李智

本發(fā)明屬于半導體器件與集成系統(tǒng)技術領域，公開了一種人工嗅覺纖維及其制備方法，該人工嗅覺纖維包括至少一個嗅覺感受單元、以及通過導電纖維與嗅覺感受單元相連的憶阻功能單元；以量子點材料作為嗅覺受體包覆柔性纖維制備嗅覺感受單元；將導電納米材料修飾于柔性纖維上制備導電纖維；采用憶阻功能材料修飾柔性纖維制備憶阻功能單元；憶阻功能單元用于作為人工突觸完成嗅覺信息的傳導和存儲。本發(fā)明通過對人工嗅覺纖維的結構、組成等進行改進，設計制備集成氣體傳感器、導電纖維和憶阻器功能的人工嗅覺纖維，能夠分別模擬人工嗅覺感受器、嗅覺傳導纖維和人工突觸實現(xiàn)嗅覺信息的感知、傳輸和存儲功能。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體器件與集成系統(tǒng)技術領域，更具體地，涉及一種人工嗅覺纖維及其制備方法。

背景技術

伴隨著人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，信息量暴增的大數(shù)據(jù)時代對信息獲取、存儲和處理的需求提出了新的挑戰(zhàn)。一方面，隨著集成電路發(fā)展過程中集成度的不斷提升，基礎器件特征尺寸逐步縮小至其物理極限，能耗效應和量子效應等諸多問題使得摩爾定律的延續(xù)性存疑。另一方面，傳統(tǒng)的計算體系和系統(tǒng)依托于馮·諾依曼架構，存儲和計算功能的分離極大限制了計算能力的提升，馮·諾依曼瓶頸問題亟待解決。人類神經(jīng)元及其中樞神經(jīng)系統(tǒng)具有高效的信息獲取、存儲和處理能力，類神經(jīng)或仿生神經(jīng)元的開發(fā)是實現(xiàn)信息高效獲取、傳輸、存儲和計算的一種潛在方式。

生物體通過視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等方式感知外界信息，繼而通過神經(jīng)傳輸和中樞系統(tǒng)完成信息的傳輸和處理，并做出相應響應，這一閉環(huán)系統(tǒng)的構建有效實現(xiàn)了信息交互。近些年來，對生物視、聽、觸、嗅等感知能力的結構仿生和功能模擬方面的研究取得了重要進展，性能方面可比擬甚至超越生物體。文獻A bioinspired flexible organicartificial afferent nerve(Science 2018,360,998)：斯坦福大學鮑哲南等人采用柔性有機電子器件模仿生物觸覺神經(jīng)元設計了觸覺受體、傳導軸突和突觸的分布式網(wǎng)絡架構，開發(fā)了一種人工觸覺傳入神經(jīng)元，采用觸覺傳感器獲取壓力(1-80kPa)信息，接著采用環(huán)形振蕩器(0-100Hz)將壓力信息轉換為動作電位，最后將動作電位與突觸晶體管整合在一起，可完成對微動作信息的探測，有效地實現(xiàn)了復雜觸覺信息的獲取、傳輸和處理。文獻Bio-inspired flexible artificial synapses for pain perception and nerve injuries(NPJ Flexible Electronics,2020,4(1):1-8.)受生物體痛覺機制啟發(fā)，采用半導體單壁碳納米管和聚環(huán)氧乙烷/高氯酸鋰復合材料構建了一種柔性雙層憶阻器，質子和鋰離子存在于復合材料載體中，模仿生物體中鈉離子和鉀離子的功能，輕度痛覺刺激可引起后突觸信號的增強，實現(xiàn)了仿生痛覺神經(jīng)元的構建。隨著信息科學、材料科學的發(fā)展，從物理機制和功能上模擬神經(jīng)元和突觸的器件逐漸出現(xiàn)，并用于開發(fā)信息獲取、傳輸、存儲和計算于一體的仿生神經(jīng)系統(tǒng)。參考國內外對仿生神經(jīng)元和人工突觸的研究進展，當前研究主要集中于單一突觸類器件和觸覺仿生神經(jīng)元的開發(fā)，作為獲取客觀世界極其重要的化學信息—氣體信息的嗅覺感知發(fā)展相對滯后。綜上所述，發(fā)展人工嗅覺纖維可模擬生物嗅覺機制實現(xiàn)嗅覺信息的獲取、傳輸、存儲和計算，對于構建新型嗅覺感知系統(tǒng)具有重要意義，符合嗅覺感知系統(tǒng)集成化、微型化、智能化的發(fā)展趨勢。