軀體感受系統(tǒng)中的多模態(tài)感知可幫助人們獲得更全面的物體屬性，并對物體的狀態(tài)做出準確判斷。尤其是不同受體的感覺信號在一定的條件下還可被神經(jīng)元整合并發(fā)送到大腦皮層作進一步處理（圖1a）。與單模態(tài)感知相比，多模態(tài)融合感知在評估物體屬性和提高物體識別精度方面具有明顯優(yōu)勢。在傳統(tǒng)的人工感知系統(tǒng)中，多模態(tài)信息的處理多采用串行計算架構(gòu)，傳感信號需轉(zhuǎn)換為數(shù)字模式才能被處理器處理，產(chǎn)生了較大的功耗和通信帶寬開銷。此外，傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)在脈沖域構(gòu)建這種多模態(tài)感知系統(tǒng)還面臨著器件集成和電路復(fù)雜性方面的挑戰(zhàn)，迫切需要開發(fā)更高效的多模態(tài)融合感知硬件方案。生物感知系統(tǒng)具有并行分布式感官信息處理、低能耗、高容錯性等特點，顯示出克服傳統(tǒng)困境的巨大潛力。 

　　近日，微電子所劉明院士團隊和復(fù)旦大學(xué)劉琦教授團隊共同研發(fā)了一種結(jié)構(gòu)緊湊的多模態(tài)融合感知脈沖神經(jīng)元（MFSN）陣列，該陣列由異質(zhì)集成的壓力傳感器和NbO_x憶阻器構(gòu)成（圖1b），其中壓力傳感器用來感知壓力，NbO_x憶阻器用來產(chǎn)生脈沖輸出并感知溫度變化。當壓力和溫度兩種激勵同時作用于MFSN時，多模態(tài)的模擬感覺信息可以融合為一個脈沖序列，顯示出優(yōu)異的數(shù)據(jù)壓縮和脈沖轉(zhuǎn)換能力。此外，通過解耦輸出脈沖的頻率和振幅，還可從融合信號中獲得獨立的壓力和溫度信息，支持了神經(jīng)元對于單模態(tài)信息的保真度和多模態(tài)感知能力。團隊進一步將MFSN陣列與脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（SNN）結(jié)合構(gòu)建了一種人工多模態(tài)感知系統(tǒng)，成功地模擬了人體軀體感覺系統(tǒng)中的多模態(tài)信息（溫度和壓力）感知和多模態(tài)物體（不同溫度、重量和形狀的物體）的分類能力。該工作使構(gòu)建高效的多模態(tài)脈沖感知系統(tǒng)成為可能，為發(fā)展高智能機器人技術(shù)提供了新思路。 

　　該工作得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金委、國家重大科技專項、中國博士后科學(xué)基金等項目的資助。成果以題“A Heterogeneously Integrated Spiking Neuron Array for Multimode-Fused Perception and Object Classification”發(fā)表在國際知名學(xué)術(shù)期刊《Advanced Materials》上。微電子所博士研究生朱佳雪為本文的第一作者，復(fù)旦大學(xué)芯片與系統(tǒng)前沿技術(shù)研究院劉琦教授和博士后張續(xù)猛為共同通訊作者。 

圖1.生物軀體感覺系統(tǒng)與人工體軀體感覺系統(tǒng)。(a)人手感知杯子的溫度、重量和水杯形狀的示意圖。(b)由MFSN陣列和SNN分類器組成的人工軀體感覺系統(tǒng)模擬觸覺感知的示意圖。 

原文鏈接： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202200481