An Artificial Olfactory Chemical‐Resistant Synapse for Training‐Free Gas Recognition

突触 神经科学 嗅觉系统 计算机科学 人工智能 心理学
作者
Fangzhen Hu,Chenkai Cao,Sancan Han,Ding Wang,Xi Chen
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:9 (7) 被引量:10
标识
DOI:10.1002/admt.202301814
摘要

Abstract Transferring the concept of chemical‐driven responses into artificial intelligence technology holds the key to mimicking olfactory for neuromorphic computing of chemical recognition. Currently, artificial olfactory systems are designed based on chemical sensor arrays. Time‐dependent responses of the sensor arrays are processed by artificial neural networks for recognition. However, the sensors generate instantly volatile responses, and algorithms for the processing of the time‐dependent responses have not been involved. The recognition accuracy and speed are severely impeded. A sensor array can only achieve an accuracy of 90% after at least 5 training epochs. Herein an artificial olfactory chemical‐resistant synapse consisting of 3D hierarchical WO 3 @WO 3 nanofibers are demonstrated. The nanofibers exhibit persistent resistance responses through chemical exposures due to the strong chemisorption of water molecules. Typical synaptic behaviors including paired‐pulse facilitation, long‐term −1 short‐term memory, and learning experience have been achieved. Next, a recurrent neural network that is committed to processing the time‐dependent data is used to identify gas‐phase chemicals of 3‐hydroxy‐2‐butanone, triethylamine, and trimethylamine. Training‐free gas recognition has been realized by a WO 3 @WO 3 nanofiber synapse only, in which the accuracy is above 90% at the first epoch. The results have great potential to satisfy stringent performance requirements on artificial perception systems.
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