Autonomous Artificial Olfactory Sensor Systems with Homeostasis Recovery via a Seamless Neuromorphic Architecture

神经形态工程学 材料科学 感觉系统 神经科学 嗅觉系统 机器人学 纳米技术 计算机体系结构 嵌入式系统 计算机科学 人工智能 人工神经网络 生物 机器人
作者
Youngwoo Jang,Jaehyun Kim,Jae‐Won Shin,Jeong‐Wan Jo,Jong Wook Shin,Yong‐Hoon Kim,Sung Woon Cho,Sung Kyu Park
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (29): e2400614-e2400614 被引量:25
标识
DOI:10.1002/adma.202400614
摘要

Neuromorphic olfactory systems have been actively studied in recent years owing to their considerable potential in electronic noses, robotics, and neuromorphic data processing systems. However, conventional gas sensors typically have the ability to detect hazardous gas levels but lack synaptic functions such as memory and recognition of gas accumulation, which are essential for realizing human-like neuromorphic sensory system. In this study, a seamless architecture for a neuromorphic olfactory system capable of detecting and memorizing the present level and accumulation status of nitrogen dioxide (NO2) during continuous gas exposure, regulating a self-alarm implementation triggered after 147 and 85 s at a continuous gas exposure of 20 and 40 ppm, respectively. Thin-film-transistor type gas sensors utilizing carbon nanotube semiconductors detect NO2 gas molecules through carrier trapping and exhibit long-term retention properties, which are compatible with neuromorphic excitatory applications. Additionally, the neuromorphic inhibitory performance is also characterized via gas desorption with programmable ultraviolet light exposure, demonstrating homeostasis recovery. These results provide a promising strategy for developing a facile artificial olfactory system that demonstrates complicated biological synaptic functions with a seamless and simplified system architecture.
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