《Nature》子刊：纳米材料有望代替神经 助力未来神经设备发展

由POM/CNT聚合网络产生的自发震荡与神经元的神经脉冲相似。来源:大阪大学

我们的大脑需要大量的能量去适应环境、去学习、去做出模糊的认知、去维持高度的识别能力和智力并执行复杂的信息处理。

神经回路的两个关键特征是“突触的学习能力”和“神经冲动或震荡”。随着脑科学的发展，大脑结构已经逐渐清晰。但它的复杂性导致其无法完全模拟。科学家们试图制造出模仿大脑基质的简单类神经电路和设备，并以此来复制大脑功能。

在开发神经形态芯片的过程中，模拟大脑结构和功能的回路已经可以人为的复制，然而用以模拟神经冲动的自发性震荡的产生和传输功能却没有得到充分利用。

一个由九州工业大学和大阪大学组成的联合小组研究了目前的整流控制技术，它们利用原子力显微镜（C-AFM）观察了各种各样的由单层碳纳米管（SWNT）所吸收的分子和粒子结，并发现由SWNT吸收的多金属氧酸盐（POM）分子中产生了负微分电阻。这表明在分子结中产生了不稳定的动态非平衡状态。

此外，研究人员还制造了超高密度、随机SWNT/POM网络分子神经设备，这种设备产生了类似于神经脉冲的自发震荡。

POM是一种由金属原子和氧原子组成的三维框架。与普通的有机分子不同，POM可以将电荷储存在单个分子中。在本研究中，人们认为SWNT/POM网络中分子连接的非平衡电荷动力学导致了负阻效应和网络震荡。

因此，由Megumi Akai-Kasaya领导的联合研究小组对随机分子网络模型进行了模拟计算，该模型由POM分子复合而成，可以储存电荷，并能复制由随机分子网络产生的震荡。他们还证明了这种分子模型很有可能成为储层计算设备的组成部分，这种储层计算预计将成为下一代人工智能（AI）。他们的研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

“我们研究的意义在于用纳米分子材料替代大脑的一部分功能。我们也证实了随机分子网络本身将会成为类神经AI”，该研究的第一作者Hirofumi Tanaka说。

预计这个团队的成果将极大地促进未来神经设备的发展。

论文原文：A molecular neuromorphic network device consisting of single-walled carbon nanotubes complexed with polyoxometalate