澳大利亞莫納什大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)近日宣布，成功研制出一種具備神經(jīng)模擬功能的微型流體芯片，其設(shè)計(jì)靈感源自生物神經(jīng)系統(tǒng)，有望推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)向類腦計(jì)算方向突破。該成果已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊《科學(xué)進(jìn)展》，標(biāo)志著離子電子系統(tǒng)研究邁入新階段。

這款直徑僅數(shù)厘米的芯片采用金屬有機(jī)框架材料（MOF）構(gòu)建，其核心結(jié)構(gòu)由納米級(jí)多孔通道組成。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)精密設(shè)計(jì)微流體路徑，使離子在通道中傳輸時(shí)產(chǎn)生類似電子晶體管的開(kāi)關(guān)效應(yīng)。與傳統(tǒng)硅基芯片不同，該裝置能通過(guò)離子濃度變化"記憶"歷史信號(hào)，模擬神經(jīng)元突觸的可塑性特征。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，芯片在電壓刺激下表現(xiàn)出非線性傳導(dǎo)特性，首次在納米流體系統(tǒng)中觀測(cè)到質(zhì)子飽和傳輸現(xiàn)象。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王煥庭教授指出，這種工程化納米材料為突破電子芯片物理極限提供了新思路。他解釋道："當(dāng)MOF材料厚度縮減至納米級(jí)時(shí)，其獨(dú)特的離子吸附與釋放能力可構(gòu)建出具有學(xué)習(xí)功能的流體電路。這種特性使芯片既能執(zhí)行邏輯運(yùn)算，又能存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)信息，為開(kāi)發(fā)液態(tài)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備奠定基礎(chǔ)。"

在功能驗(yàn)證階段，研究團(tuán)隊(duì)搭建了包含多條并行通道的流體網(wǎng)絡(luò)。測(cè)試表明，該系統(tǒng)對(duì)電壓脈沖的響應(yīng)模式與半導(dǎo)體晶體管高度相似，同時(shí)能通過(guò)離子濃度梯度保持歷史輸入狀態(tài)。這種雙重特性使其在處理連續(xù)數(shù)據(jù)流時(shí)具有顯著優(yōu)勢(shì)，特別適用于需要實(shí)時(shí)環(huán)境適應(yīng)的智能系統(tǒng)。

據(jù)科研人員介紹，新型流體芯片的制造工藝兼容現(xiàn)有微納加工技術(shù)，但材料特性帶來(lái)根本性變革。MOF框架的孔隙率超過(guò)90%，可在分子尺度調(diào)控離子傳輸路徑，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)使芯片在低功耗條件下實(shí)現(xiàn)復(fù)雜信息處理。目前團(tuán)隊(duì)正探索將芯片厚度進(jìn)一步壓縮至3納米以下，以期開(kāi)發(fā)出更高效的類腦計(jì)算原型機(jī)。