人工有机神经元。免费技术图书馆新闻

人工有机神经元

16.01.2023

瑞典林雪平大学 (LiU) 的研究人员创造了一种人工有机神经元，它非常模仿生物神经细胞的特征。这种人工神经元可以刺激自然神经，使其成为未来各种医疗程序的有前途的技术。

在 LOE 有机电子实验室，工作继续开发越来越有功能的人工神经细胞。 2022 年，由助理教授西蒙娜·法比亚诺 (Simona Fabiano) 领导的一组科学家展示了如何将人造有机神经元整合到活的食肉植物中，以控制其嘴巴的张开和闭合。这种合成神经细胞符合将其与生物神经细胞区分开来的 2 个特征中的 20 个。

LiU 的研究人员开发了一种新的人工神经细胞，称为基于传导的有机电化学神经元或 c-OECN，它可以准确地模拟 15 个神经元。表征生物神经细胞的 20 种神经特征，使它们的功能与天然神经细胞非常相似。

创建有效模拟真实生物神经元的人工神经元的关键挑战之一是开启离子调制的能力。由硅制成的传统人工神经元可以模拟许多神经功能，但不能通过离子进行通信。相比之下，c-OECN 使用离子来展示真实生物神经元的几个关键特征，”LOE 有机纳米电子学组首席研究员 Simone Fabiano 说。

2018 年，林雪平大学的一个研究小组率先开发出基于 n 型铅聚合物的有机电化学晶体管，这种材料可以产生负电荷。这使得创建用于打印的互补有机电化学电路成为可能。从那时起，该小组一直致力于优化这些晶体管，以便它们可以在印刷机上印刷在薄塑料箔上。因此，现在可以在柔性基板上打印数以千计的晶体管，并用它们来设计人工神经细胞。

在新开发的人工神经元中，离子用于控制电子电流通过 n 型铅聚合物的流动，从而导致设备中出现电压尖峰。这个过程类似于生物神经细胞中发生的过程。人工神经细胞中的独特材料还允许电流以近乎完美的钟形曲线增加和减少，让人联想到生物学中发现的钠离子通道的激活和失活。

在与卡罗林斯卡研究所 (KI) 合作进行的实验中，新型 c-OECN 神经元与小鼠的迷走神经相连。结果表明，人工神经元可以刺激小鼠的神经，使心率发生 4,5% 的变化。

从长远来看，人工神经元可以刺激迷走神经本身这一事实可以为各种治疗形式的重要应用铺平道路。一般来说，有机半导体具有生物相容性、柔软和延展性等优势，而迷走神经在免疫系统和身体新陈代谢等方面起着关键作用。

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在传输模式下，新的微电路消耗 3,3 mA 的电流，工作在 3 V 的电源电压下。特别是高效率的内置 DC-DC 转换器，可以确保低功耗。睡眠模式下的电流消耗为 50 nA。 TC3567CFSG 芯片设计用于 1,9-3,6 V 的电源电压，TC3567DFSG - 1,8-3,6 V。

TC3567CFSG 和 TC3567DFSG 的另一个优点是内置 32B 随机数生成器，据称该功能有助于提高物联网产品的安全性。

两种型号均配置了 ARM Cortex-M0 CPU。有UART、I2C、SPI和GPIO接口。

TC3567CFSG 集成了 128 KB 的闪存，因此只需 3567 个外部组件即可完成典型的上电。 TC3567DFSG 没有闪存。这进一步降低了功耗。东芝估计，基于 TC2032DFSG 的信标可以使用单个 CRXNUMX 电池运行两年以上。

对于设计为在 -40°C 至 85°C 的温度下工作的微电路，选择了引脚间距为 40 mm 的 5 x 5 mm QFN0,4 封装。

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