Printed synaptic transistor–based electronic skin for robots to feel and learn

电子皮肤 计算机科学 晶体管 兴奋性突触后电位 神经科学 机器人 神经形态工程学 突触 材料科学 抑制性突触后电位 人工神经网络 人工智能 纳米技术 电气工程 生物 工程类 电压
作者
Fengyuan Liu,Sweety Deswal,Adamos Christou,Mahdieh Shojaei Baghini,Radu Chirila,Dhayalan Shakthivel,Moupali Chakraborty,Ravinder Dahiya
出处
期刊:Science robotics [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:7 (67): eabl7286-eabl7286 被引量:137
标识
DOI:10.1126/scirobotics.abl7286
摘要

An electronic skin (e-skin) for the next generation of robots is expected to have biological skin-like multimodal sensing, signal encoding, and preprocessing. To this end, it is imperative to have high-quality, uniformly responding electronic devices distributed over large areas and capable of delivering synaptic behavior with long- and short-term memory. Here, we present an approach to realize synaptic transistors (12-by-14 array) using ZnO nanowires printed on flexible substrate with 100% yield and high uniformity. The presented devices show synaptic behavior under pulse stimuli, exhibiting excitatory (inhibitory) post-synaptic current, spiking rate-dependent plasticity, and short-term to long-term memory transition. The as-realized transistors demonstrate excellent bio-like synaptic behavior and show great potential for in-hardware learning. This is demonstrated through a prototype computational e-skin, comprising event-driven sensors, synaptic transistors, and spiking neurons that bestow biological skin-like haptic sensations to a robotic hand. With associative learning, the presented computational e-skin could gradually acquire a human body-like pain reflex. The learnt behavior could be strengthened through practice. Such a peripheral nervous system-like localized learning could substantially reduce the data latency and decrease the cognitive load on the robotic platform.
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