本文轉自：新華網

觸角是昆蟲的主要感覺器官，能夠精準感知微小振動、磁場方位、重力方向或化學刺激，其感知靈敏度可與人類皮膚相媲美，甚至在一些特殊功能上超過人類。受此啓發，南開大學教授徐文濤團隊與日本北海道大學研究團隊合作，成功研製出一種神經形態人工觸角系統，實現了類似螞蟻觸角傳入神經的觸覺感知和磁場感知功能。

a 螞蟻觸角的觸覺感知和磁場感知功能；b 螞蟻觸角神經的形態結構和編碼策略；c-d 神經形態人工觸角系統的硬件架構和信息流圖。

近日，介紹該成果的論文刊登在《自然·通訊》。

昆蟲觸角感覺器官的結構與功能爲新型仿生傳感系統的開發提供了設計藍圖，然而，相比於模擬哺乳動物的感覺器官，如何模擬昆蟲觸角這一高靈敏、多功能的“探測器”，一直是仿生電子領域亟待攻克的難題。

徐文濤團隊研製的神經形態人工觸角系統模仿了螞蟻觸角傳入神經的形態結構、編碼策略和感知功能。該系統採用具備三維柔性結構的電子觸角傳感器，實現了對振動、形變和磁場的高靈敏檢測，並利用吸附二維納米片的柔性人工突觸器件實現了對傳感信息的類神經處理。傳感器陣列和突觸器件陣列的連接方式模擬了生物感受器和感覺神經元的架構，傳感信號的編碼方式模仿了生物機械感受器的脈衝編碼策略，最終在神經形態硬件中實現了傳感信號時空特徵的識別。

a 螞蟻觸角進行觸覺感知的示意圖；b 神經形態人工觸角系統進行觸覺識別的示意圖；c-e 國際象棋輪廓識別的結果；f-h 表面圖案識別的結果；i-k 材料紋理識別的結果。

實驗結果表明，該系統不僅能高效率、低功耗地處理傳感數據，還可高靈敏地感知壓力、紋理和磁場。通過裝載於移動機器人或交互式設備，該系統在輪廓識別、紋理識別、材質分類、磁場導航、非接觸交互等多種任務中，均表現出接近或超越人類感知能力的性能。

該工作利用神經形態硬件與仿生傳感器模擬了昆蟲觸角傳入神經的感知原理和信息處理機制。《自然·通訊》審稿人評價這項研究“構建了一個完整的仿生感受器”，代表了仿生感知領域的新突破。此項研究對於先進機器人、增強現實、智能交互、柔性電子等領域的發展具有重要意義。

未來，該研究團隊計劃將軟體執行器與神經形態人工觸角系統進行集成，以實現感知運動一體化和主動觸覺探索功能。（張建新、高雨桐）