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Fiber Transistors as a Hardware Surrogate Gradient for Backpropagation in Spiking Neural Networks

神经形态工程学 反向传播 计算机科学 可扩展性 人工神经网络 尖峰神经网络 材料科学 电子工程 计算 晶体管 卷积神经网络 冗余(工程) 非线性系统 同轴 人工智能 软件 计算机硬件 突触重量 光学计算 计算机体系结构 传播延迟 物理神经网络 CMOS芯片 学习规律 逻辑门 调制(音乐) 梯度下降 集成电路 前馈 生物系统
作者
Weichu Chen,Hao Jiang,Chengyang Du,Yueheng Zhong,Xiangyu Wang,Xiang Li,Chen Zhu,Qicheng Liang,Fengqiang Sun,Yuwen Zhu,Jiangang Chen,Liang‐Wen Feng,Hongzhi Wang,Meifang Zhu,Hengda Sun,Gang Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (6): e14904-e14904 被引量:3
标识
DOI:10.1002/adma.202514904
摘要

Efficient training of spiking neural networks (SNNs) in flexible neuromorphic hardware remains a major challenge due to the non-differentiable nature of spiking activations and the limited availability of trainable, energy-efficient device platforms. Here, a tunable textile-based vertical organic electrochemical transistor (TT-vOECT) enables implementation of surrogate gradients computation for backpropagation in SNNs. Using a solvent interdiffusion solidification spinning strategy, Plateau-Rayleigh instabilities are overcome to fabricate coaxial trilayer fibers with well-defined heterojunctions between PEDOT:PSS and BBL. The resulting TT-vOECT exhibits nonlinear transfer characteristics that closely approximate the Sigmoid derivative. A conditionally activated backpropagation (CAB) mechanism is further proposed, in which synaptic updates are gated by both surrogate gradient magnitude and input spike, is implemented using reconfigurable logic arrays based on dual TT-vOECTs. This framework enables sparse, event-driven weight updates with reduced computational overhead. Integrated into a convolutional SNN, the device-driven CAB strategy achieves high-accuracy classification of electroencephalogram signals for multiclass neurological disorder diagnosis, comparable to software baselines, while reducing computational redundancy by ≈20%. The results establish a scalable and flexible organic hardware platform for trainable neuromorphic systems with biologically inspired learning dynamics.
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