智能电子皮肤通常包含数以万计的传感器单元节点（例如触觉、听觉、味觉等传感器）去捕获外界的刺激，可用于假肢、可穿戴设备和机器人等各种先进的人工智能感知系统。传统的传感器信息处理流程中，传感器节点与前端电子接口设备相连，通过这些前端电子设备将模拟的传感器信号转化为数字的电学信号，并将这些大量的、冗余的、未结构化的数据传输到外部计算机或云端进行数据处理来完成识别。这种信息处理流程会导致系统大量的能耗（mW），并且具有较长的响应延迟（ms）。
针对上述问题，复旦大学芯片与系统前沿技术研究院王明青年研究员与新加坡南洋理工大学柔性器件创新中心（iFLEX）研究者们设计并开发了一种基于忆阻阵列的近传感模拟计算智能触觉感知系统（图1），其同时兼具传感与计算的功能。该系统无需任何前端电子接口设备，就能实时地检测并同时处理多个触觉刺激信息，缩短了传感单元与计算单元的距离，消除了模数转换过程。该系统由一个3×3的压力传感器阵列和一个（9×1）×1的忆阻阵列原位集成所实现，通过传感器设计、偏置电压配置以及忆阻阵列配置的组合效应来实现同步的传感与计算。一次传感-计算操作的时间大约需要400ns，间隔时间为1µs，也就是说其处理能力为每秒100万次传感-计算操作。降噪和边缘轮廓检测任务的最大静态平均功耗分别为2µW和7.84µW，比基于传统前端电子接口系统（Cadence仿真）的功耗低三个数量级以上。研究结果表明，利用忆阻阵列的近传感模拟计算系统来获得超快的、高能效的人工智能电子皮肤是可行的，可实现一系列高性能的人机交互应用。
上述成果于2022年7月份以题目为“Tactile near‐sensor analogue computing for ultrafast responsive artificial skin”发表在《Advanced Materials》上。复旦大学王明青年研究员为第一作者，新加坡南洋理工大学陈晓东教授为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委等项目支持。
图1. 基于忆阻阵列的近传感模拟计算智能触觉感知系统。
全文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202201962
