综述：灵活的神经形态电子学：从突触器件迈向传感-存储-计算电路

柔性神经形态电子系统的研究进展与应用前景

　　

摘要

近年来，受大脑独特信息处理机制启发的神经形态电子系统因使用设备模拟生物突触和神经元而成为前沿研究领域，吸引了广泛关注。然而，为了与生物组织（尤其是人类皮肤）无缝集成，这类计算硬件必须从传统的刚性设计演变为具有柔性和可变形性的系统，以便能够贴合生物表面。在这种背景下，柔性神经形态电子学应运而生，它是神经形态计算与柔性电子学的结合成果。通过在柔性基底上模拟突触和神经元功能，这些系统实现了高效且功耗极低的仿脑信息处理，使其在智能可穿戴设备、数字健康和脑机接口等领域具有巨大潜力。尽管柔性突触设备及其系统级应用取得了快速进展，但将材料与器件物理特性与电路集成及实际应用联系起来的跨学科综合研究仍尚待完善。本文遵循从器件到系统的应用框架，系统回顾了柔性人工突触的最新进展，重点介绍了其对神经功能的生物启发式模拟方法。随后讨论转向了由这些器件构成的神经形态电路和系统，重点探讨了协同感知计算及异构集成策略，这些策略正推动着真正集成化的感知-存储-计算系统的发展。我们还强调了其在下一代生物智能系统（包括可穿戴设备、健康监测和人机交互）中的潜在应用。最后，总结了关键挑战和未来发展方向，旨在为开发下一代高效、智能且生物相容的仿生硬件提供宝贵参考。

近年来，受大脑独特信息处理机制启发的神经形态电子系统因使用设备模拟生物突触和神经元而成为前沿研究领域，吸引了广泛关注。然而，为了与生物组织（尤其是人类皮肤）无缝集成，这类计算硬件必须从传统的刚性设计演变为具有柔性和可变形性的系统，以便能够贴合生物表面。在这种背景下，柔性神经形态电子学应运而生，它是神经形态计算与柔性电子学的结合成果。通过在柔性基底上模拟突触和神经元功能，这些系统实现了高效且功耗极低的仿脑信息处理，使其在智能可穿戴设备、数字健康和脑机接口等领域具有巨大潜力。尽管柔性突触设备及其系统级应用取得了快速进展，但将材料与器件物理特性与电路集成及实际应用联系起来的跨学科综合研究仍尚待完善。本文遵循从器件到系统的应用框架，系统回顾了柔性人工突触的最新进展，重点介绍了其对神经功能的生物启发式模拟方法。随后讨论转向了由这些器件构成的神经形态电路和系统，重点探讨了协同感知计算及异构集成策略，这些策略正推动着真正集成化的感知-存储-计算系统的发展。我们还强调了其在下一代生物智能系统（包括可穿戴设备、健康监测和人机交互）中的潜在应用。最后，总结了关键挑战和未来发展方向，旨在为开发下一代高效、智能且生物相容的仿生硬件提供宝贵参考。