科學家研發模擬人類感知的人工神經元，推動機器人感知能力提升

科學家在有機電子學領域取得重大突破，開發出能夠模擬人類感知的人工神經元，此項進展有望增強機器人的感知能力。長期以來，像感知系統這類人工設計的生物過程，一直是有機電子學專家面臨的挑戰。人類的感官依賴於一個適應性的感覺神經元網路，這些神經元會根據環境刺激產生反應並發射訊號進行溝通，這使得複製感知系統難度頗高。

美國西北大學（Northwestern University）與喬治亞理工學院（Georgia Tech）展開合作，成功開發出高效能的有機電化學神經元，其運作頻率範圍與人類神經元一致。研究團隊還設計了額外的有機材料，將人工神經元與人工觸覺受體和突觸整合，建立了一個完整的感知系統，能夠實時感知和處理觸覺訊號。

相關研究成果近期發表於《美國國家科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）。西北大學工程學教授、論文第一作者姚瑤表示，這項研究在有機電子學及其在連線生物學和技術之間的應用方面取得了顯著進展。「我們創造了一種高效的人工神經元，它佔用空間小且具有出色的神經元特性。利用這一能力，我們開發了一個完整的觸覺神經形態感知系統，以模擬真實的生物過程。」

西北大學溫伯格文理學院化學教授託賓・J・馬克斯（Tobin J. Marks）指出，現有的人工神經電路發射頻率範圍狹窄，而此項研究中的合成神經元在發射頻率調製方面取得了前所未有的效能，其頻率範圍比現有的有機電化學神經電路寬50倍。馬克斯是有機金屬化學、化學催化、材料科學、有機電子學、光伏和奈米技術等領域的世界領先專家。喬治亞理工學院材料科學與工程學院教授安東尼奧・法切蒂（Antonio Facchetti）也參與了該研究，他同時兼任西北大學化學系客座教授。

法切蒂表示，這項研究首次展示了基於人工神經元的完整神經形態觸覺感知系統，該系統整合了人工觸覺受體和人工突觸，能夠實時將觸覺刺激編碼成神經元尖峰訊號，並進一步轉化為突觸後反應。

研究團隊成員來自不同的部門和學院，專門從事有機合成的研究人員創造了先進材料，電子裝置研究人員再將這些材料應用於電路設計、製造和系統整合。儘管人腦擁有860億個神經元構成的龐大網路，要重新建立類似的感知系統仍然困難重重，科學家們受到設計尺寸和製造數量的限制。研究團隊希望在未來的模型中進一步縮小裝置尺寸，使該專案更接近於完全模擬人類感知系統。

論文參考資訊：Yao Yao, Robert M. Pankow, Wei Huang等人所著的「An organic electrochemical neuron for a neuromorphic perception system」，發表於2025年1月8日的《美國國家科學院院刊》，DOI: 10.1073/pnas.2414879122。此項研究得到了美國空軍科學研究辦公室、西北大學材料研究科學與工程中心、Flexterra公司、中國國家傑出青年科學基金和中國國家自然科學基金的支援。