中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員李清文、張其沖等因此提出并驗(yàn)證了纖維狀光電人工突觸器件的概念，該器件可同時(shí)實(shí)現(xiàn)光/電信號(hào)誘導(dǎo)的多種仿生突觸功能，包括脈沖易化、長(zhǎng)/短時(shí)程可塑性以及“學(xué)習(xí)-鞏固-再學(xué)習(xí)”等行為。在光電突觸性能的基礎(chǔ)上，研究人員成功地將多個(gè)纖維狀器件編入透氣的織物，從而使得柔性織物能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)字圖像信息進(jìn)行感知和存儲(chǔ)的功能。 

　　在碳納米管纖維上分別構(gòu)筑含有氧空位的TiO_2-X納米線和MoS₂納米片陣列，得到的柔性纖維電極通過(guò)纏繞工藝制備了纖維狀光電人工突觸器件。通過(guò)對(duì)器件施加電刺激，器件展現(xiàn)出類(lèi)似生物突觸的行為，如興奮、抑制行為，脈沖易化，短/長(zhǎng)時(shí)程可塑性等。 

　　就人類(lèi)的學(xué)習(xí)和記憶而言，瞬時(shí)獲取并暫時(shí)存儲(chǔ)的視覺(jué)信息會(huì)逐漸消失，除非在一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)獲取相同的信息，這些記憶通過(guò)重復(fù)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)移到長(zhǎng)期記憶（LTM）。因此，研究人員在纖維狀光電人工突觸器件上研究了光感知和突觸特性，通過(guò)應(yīng)用兩個(gè)連續(xù)的光脈沖，間隔時(shí)間為10秒，觀察到了光誘導(dǎo)的PPF特性。學(xué)習(xí)、遺忘和排練行為也通過(guò)不斷地開(kāi)/關(guān)燈來(lái)模仿。將一系列突觸前脈沖應(yīng)用于纖維狀光電人工突觸會(huì)導(dǎo)致突觸后電流增加，從而促進(jìn)突觸連接強(qiáng)度（“學(xué)習(xí)”）。隨著光刺激的去除，突觸后電流逐漸降低（“遺忘”），表明存在STM過(guò)程。在“遺忘”過(guò)程后應(yīng)用相同的突觸前刺激，突觸后電流迅速達(dá)到并超越之前的記憶水平（“再學(xué)習(xí)”），表明學(xué)習(xí)和記憶能力增強(qiáng)。 

　　纖維狀光電人工突觸展現(xiàn)出良好的柔性以及多方向的光吸收特性。為了展示基于纖維狀光電人工突觸的紡織品的視覺(jué)感知和記憶功能，研究人員將多個(gè)器件編織入透氣的織物，構(gòu)建了利用光掩模的光電流成像紡織品，該織物能夠?qū)?jiǎn)單數(shù)字光學(xué)圖像信息感知和記憶，證明了其在開(kāi)發(fā)可穿戴視覺(jué)記憶系統(tǒng)方面的潛力。 

　　該工作為設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)感知記憶功能一體化的柔性功能纖維開(kāi)辟了新途徑。相關(guān)成果以Fiber-Shaped Artificial Optoelectronic Synapses for Wearable Visual-Memory Systems為題發(fā)表在Matter上。

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圖1 纖維狀光電人工突觸概念示意圖 

圖2 纖維狀光電人工突觸器件的電刺激行為 

圖3 纖維狀光電人工突觸的光刺激行為 

圖4 纖維狀光電人工突觸器件柔性展示及其在可穿戴織物中的潛在應(yīng)用