盖世汽车讯 据外媒报道，英国曼彻斯特大学（The University of Manchester）国家石墨烯研究所的研究人员成功研发了一款新型可编程纳米流体忆阻器，其可模拟人脑的记忆功能，为下一代神经形态计算技术的发展奠定了基础。

纳米通道模拟生物离子通道与突触的功能（图片来源：曼彻斯特大学）

该项研究成果登载于《自然通讯》（Nature Communications）期刊，展示了二维（2D）纳米通道如何通过调控，实现理论上预测的四种忆阻行为，而且这是首次在单一器件中实现。该研究不仅揭示了对离子记忆机制的新见解，还有可能实现低功耗离子逻辑、神经形态组件和自适应化学传感等新兴应用。

忆阻器，或称记忆电阻，是一种能够根据先前电流活动调整其自身电阻，从而能够有效存储此种活动记忆的元件。目前，现有的大多数忆阻器都依靠电子迁移的固态器件，但Radha Boya教授领导的研究团队却采用了被限制在由二维材料（如二硫化钼和六方氮化硼）制成的薄纳米通道内的液态电解质。此种纳米流体方法能够实现超低耗运行，并具备模拟生物学习过程的能力。

一种设备，四种记忆模式

该研究发现，通过调节实验参数，如电解质组成，pH值、电压频率和通道几何结构，同一纳米流体装置可以在四种不同的记忆环路模式之间切换，涵盖两种“交叉”型和两种“非交叉”模式。此种环路模式与不同的记忆机制相对应，包括离子间的相互作用、离子与表面电荷的吸附/解吸过程、电荷表面反转及离子浓度极化。

模仿大脑突触

此类设备不仅展现出多种记忆模式，还兼具短期和长期记忆，与生物突触类似。此种对记忆持续时间的动态调控能力，对于开发能够适应环境并从环境中学习的神经形态系统具有重要意义。

例如，此类设备能够根据所施加的电压和电解质条件，在一段时间后“忘记”信息，或将信息保留数天；就如同人们可能会很快忘记把钥匙放在哪里，但是却会一生都记得家庭住址。想象一下，你在一家咖啡馆工作。一开始，杯碟的碰撞声以及人们的交谈声会十分明显，但很快你的大脑就会过滤到这些声音，并让你集中注意力。此种常见现象称作感觉适应，而短期突触抑制是促成此种现象的细胞机制之一。

该研究小组模拟了短期突触抑制，在该过程中，连续的神经信号会减弱反应强度，除非有足够的时间恢复。在生物神经元中，此种现象源于神经递质囊泡的暂时性耗尽；而在纳米通道中，由于离子间的相互作用，相似的效果也会出现，也需要时间才能恢复至初始状态。

一个简约模型，一次重大突破

为了解释观察到的行为，该研究团队打造了一个简约的理论模型，其中包含离子间相互作用、表面吸附和通道入口效应。该模型成功重现了四种忆阻回路类型，为理解和设计未来的纳米流体记忆系统提供了一个统一的框架。

通过利用2D材料和流体离子传输机制，研究人员构想出一种新型可重构的节能计算设备，能够实现实时学习和决策功能，这对于人工智能、机器人技术以及生物电子学领域都将产生深远的影响。