Artificial Tactile Perceptual Neuron with Nociceptive and Pressure Decoding Abilities

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作者
Fei Yu,Jia Cai,Li Zhu,Moheb Sheikhi,Yu Zeng,Wei Guo,Zheng Yu Ren,Hui Xiao,Jichun Ye,Chun‐Ho Lin,Andrew Barnabas Wong,Tom Wu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:12 (23): 26258-26266 被引量:60
标识
DOI:10.1021/acsami.0c04718
摘要

The neural system is a multifunctional perceptual learning system. Our brain can perceive different kinds of information to form senses, including touch, sight, hearing, and so on. Mimicking such perceptual learning systems is critical for neuromorphic platform applications. Here, an artificial tactile perceptual neuron is realized by utilizing electronic skins (E-skin) with oxide neuromorphic transistors, and this artificial tactile perceptual neuron successfully simulates biological tactile afferent nerves. First, the E-skin device is constructed using microstructured polydimethylsiloxane membranes coated with Ag/indium tin oxide (ITO) layers, exhibiting good sensitivities of ∼2.1 kPa–1 and fast response time of tens of milliseconds. Then, the chitosan-based electrolyte-gated ITO neuromorphic transistor is fabricated and exhibits high performance and synaptic responses. Finally, the integrated artificial tactile perceptual neuron demonstrates pressure excitatory postsynaptic current and paired-pulse facilitation. The artificial tactile perceptual neuron is featured with low energy consumption as low as ∼0.7 nJ. Moreover, it can mimic acute and chronic pain and nociceptive characteristics of allodynia and hyperalgesia in biological nociceptors. Interestingly, the artificial tactile perceptual neuron can employ "Morse code" pressure-interpreting scheme. This simple and low-cost approach has excellent potential for applications including but not limited to intelligent humanoid robots and replacement neuroprosthetics.
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