Bioinspired ion-shuttling memristor with both neuromorphic functions and ion selectivity

神经形态工程学 记忆电阻器 离子 选择性 纳米技术 材料科学 计算机科学 化学 物理 人工智能 电子工程 人工神经网络 工程类 量子力学 生物化学 催化作用
作者
Boyang Xie,Tianyi Xiong,Guang-Can Guo,Cong Pan,Wenjie Ma,Ping Yu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:122 (10) 被引量:2
标识
DOI:10.1073/pnas.2417040122
摘要

The fluidic memristor has attracted growing attention as a promising candidate for neuromorphic computing and brain-computer interfaces. However, a fluidic memristor with ion selectivity as that of natural ion channels remains a key challenge. Herein, inspired by the structure of natural biomembranes, we developed an ion-shuttling memristor (ISM) by utilizing organic solvents and artificial carriers to emulate ion channels embedded in biomembranes, which exhibited both neuromorphic functions and ion selectivity. Pinched hysteresis I-V loop curve, scan rate dependency, and distinctive impedance spectra confirmed the memristive characteristics of the as-prepared device. Moreover, the memory mechanism was discussed theoretically and validated by finite-element modeling. The ISM features multiple neuromorphic functions, such as paired-pulse facilitation, paired-pulse depression, and learning-experience behavior. More importantly, the ion selectivity of the ISM was observed, which allowed further emulation of ion-selective neural functions like resting membrane potential. Benefiting from the structural similarity to membrane-embedded ion channels, the ISM opens the door for ion-based neuromorphic computing and sophisticated chemical regulation by manipulating multifarious ions with neuromorphic functions.
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