Power‐Efficient Multisensory Reservoir Computing Based on Zr‐Doped HfO2 Memcapacitive Synapse Arrays

油藏计算 神经形态工程学 计算机科学 材料科学 水准点(测量) 电容感应 人工神经网络 人工智能 大地测量学 操作系统 循环神经网络 地理
作者
Mengjiao Pei,Ying Zhu,Siyao Liu,Hangyuan Cui,Yating Li,Yang Yan,Yun Li,Changjin Wan,Qing Wan
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (41): e2305609-e2305609 被引量:61
标识
DOI:10.1002/adma.202305609
摘要

Abstract Hardware implementation tailored to requirements in reservoir computing would facilitate lightweight and powerful temporal processing. Capacitive reservoirs would boost power efficiency due to their ultralow static power consumption but have not been experimentally exploited yet. Here, this work reports an oxide‐based memcapacitive synapse (OMC) based on Zr‐doped HfO 2 (HZO) for a power‐efficient and multisensory processing reservoir computing system. The nonlinearity and state richness required for reservoir computing could originate from the capacitively coupled polarization switching and charge trapping of hafnium‐oxide‐based devices. The power consumption (≈113.4 fJ per spike) and temporal processing versatility outperform most resistive reservoirs. This system is verified by common benchmark tasks, and it exhibits high accuracy (>94%) in recognizing multisensory information, including acoustic, electrophysiological, and mechanic modalities. As a proof‐of‐concept, a touchless user interface for virtual shopping based on the OMC‐based reservoir computing system is demonstrated, benefiting from its interference‐robust acoustic and electrophysiological perception. These results shed light on the development of highly power‐efficient human–machine interfaces and machine‐learning platforms.
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