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A Brain‐Inspired ADC‐Free Vibrotactile System with Planar MoO 3 Memristive Device Integrated Sensing‐Memory‐Computing Architecture

神经形态工程学 记忆电阻器 材料科学 整改 联轴节(管道) 平面的 摩擦电效应 计算机科学 人工神经网络 整流器(神经网络) 接口(物质) 纳米发生器 信号(编程语言) 电子工程 横杆开关 卷积神经网络 振动 信号处理 功率(物理) 纳米技术 电容耦合 执行机构 数码产品 拓扑(电路) 数字光处理 工作(物理)
作者
Hao Sun,Sheng-Yuan Xia,Baohong Guo,Wanhao Niu,Longwei Li,Yutong Song,Huaidong Zhou,Huaping Liu,Xiong Pu,Fuchun Sun
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.77434
摘要

ABSTRACT Bio‐inspired vibrotactile perception is crucial for autonomous robotics, yet its development is fundamentally bottlenecked by the severe structural mismatch between traditional microscopic electronics and macroscopic flexible sensors, as well as signal complexity and the huge energy costs. Here, an integrated‐sensing‐memory‐computing (ISMC) architecture enabled by an interface‐oriented planar molybdenum trioxide (MoO 3 ) memristive device is reported to overcome these challenges. Featuring macroscopic lateral electrodes, this planar MoO 3 substantially alleviates the interface mismatch associated with conventional vertical memristors and enables direct circuit‐level electrical coupling with a self‐powered triboelectric nanogenerator (TENGs)‐based vibrotactile receptor through a full‐wave rectifier bridge. Driven intrinsically by the frequency‐dependent synaptic plasticity of the MoO 3 film, the system acts as a physical neural network that extracts features directly from raw analog vibration signals without analog‐to‐digital conversion (ADC). In practical industrial fault diagnosis, the system identifies five complex motor operating states with a 98.0% classification accuracy, matching software‐based Convolutional Neural Networks (CNNs). Remarkably, this hardware‐level processing achieves an ultra‐low average power of 0.250 µW—five orders of magnitude lower than typical digital hardware. This work demonstrates an architecture‐enabled pathway for coupling self‐powered mechanosensors with neuromorphic computing components, offering an energy‐constrained, ADC‐free paradigm for future embodied robotic perception.
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