近日，智能科技學(xué)院、材料與化學(xué)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的首屆碩士生王領(lǐng)，以第一作者身份在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上發(fā)表題為“基于超級電容突觸可塑性的神經(jīng)形態(tài)計(jì)算”（Neuromorphic Computing using Synaptic Plasticity of Supercapacitors）的學(xué)術(shù)論文。研究團(tuán)隊(duì)利用一種常用的儲能器件——超級電容的充放電儲能特性模擬人腦神經(jīng)突觸，由此開發(fā)出儲能型類腦計(jì)算系統(tǒng)，在盲文數(shù)字識別中實(shí)現(xiàn)100%準(zhǔn)確率。這一突破不僅是上海理工大學(xué)在學(xué)科交叉育人方面的生動實(shí)踐，更為未來人工智能硬件的設(shè)計(jì)開辟了全新路徑。
在這項(xiàng)研究中，智能科技學(xué)院和材料與化學(xué)學(xué)院攜手合作，融合了學(xué)科的優(yōu)勢，開創(chuàng)了跨學(xué)科研究的全新局面。該研究的核心突破源于材料科學(xué)與人工智能的深度碰撞。團(tuán)隊(duì)將材料學(xué)院的儲能器件研究的“看家本領(lǐng)”—碳化鈦二維材料超級電容，與智能學(xué)院的光學(xué)人工智能研究的“看家本領(lǐng)”—光學(xué)類腦計(jì)算相結(jié)合，打造出能自主調(diào)節(jié)充放電行為的儲能型突觸。利用突觸的可控充放電響應(yīng)，展現(xiàn)了超級電容的類腦計(jì)算潛力，完成了從0到9的盲文數(shù)字識別，且準(zhǔn)確率達(dá)到了100%。
類腦計(jì)算過程實(shí)質(zhì)上是類腦網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)的調(diào)節(jié)優(yōu)化。傳統(tǒng)的類腦計(jì)算中參數(shù)無論是向上還是向下調(diào)節(jié)，都是需要耗費(fèi)能量的過程。這項(xiàng)研究使用超級電容充放電中的電壓響應(yīng)作為類腦網(wǎng)絡(luò)中參數(shù)，參數(shù)向上調(diào)節(jié)屬于能量在超級電容中的儲存，向下調(diào)節(jié)則把儲存的能量釋放出來。這種新型的范式展示了類腦計(jì)算中的能量循環(huán)利用的可行性。針對未來低能耗類腦硬件如盲人交互系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)和人工嗅覺系統(tǒng)，這項(xiàng)研究為它們的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供了理論支撐。同時，鑒于超級電容是一種產(chǎn)業(yè)成熟度較高的儲能器件，該成果也進(jìn)一步拓寬了超級電容的應(yīng)用前景，為新一代智能型能源系統(tǒng)的研發(fā)注入了新的活力。
2022年，智能科技學(xué)院/光子芯片研究院基于多學(xué)科交叉前沿研究的需要，啟動探索了研究生聯(lián)合培養(yǎng)的新模式。近年來先后在材料科學(xué)、生物工程、物理學(xué)和儀器工程專業(yè)實(shí)現(xiàn)了聯(lián)合培養(yǎng)，王領(lǐng)同學(xué)是智能科技學(xué)院和材料與化學(xué)學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)的第一屆研究生。該文章上海理工大學(xué)為第一單位，陳希教授為通訊作者，作者還包括智能科技學(xué)院和材料與化學(xué)學(xué)院的研究生。
論文鏈接: https://doi.org/10.1002/advs.202500521
供稿：智能科技學(xué)院
