近年来，电子工程师一直在尝试开发新的类脑硬件，以更有效地运行人工智能（AI）模型。虽然大多数现有的硬件都专门用于感知、处理或存储数据，但有些团队一直在探索在单个设备中结合这三个功能的可能性。

西安交通大学、 香港大学和西安科技大学的研究人员介绍了一种新的有机晶体管，可以用作传感器和处理器。这种晶体管是基于垂直穿越结构和晶态-非晶态通道构建的，并可以通过离子有选择地掺杂，使其能够在两种可重构模式之间切换。这篇论文发表在自然电子学上。

“传统的人工智能（AI）硬件使用独立的系统进行数据感知、处理和存储记忆，”进行该研究的研究人员之一麻伟教授和王仲锐教授告诉我们。

这种分离经常导致显著的能源消耗和时间延迟，因为不同硬件组件之间需要不断地进行数据传输并将模拟信号序列转换为数字信号。一些开创性的研究强调了有机电化学晶体管（OECTs）的出色感应和模拟记忆能力。

研究人员最近的研究初衷是开发一种既能作为传感器又能作为处理器的有机场效应晶体管（OECT），因为这样的设备可以促进更均匀、高效的人工智能硬件的创建。OECT是基于薄膜的有机电子设备，可以作为晶体管发挥作用。它们的薄度使它们特别适合于发展智能生物电子设备，如可穿戴或植入式设备，以及神经形态硬件。

由王、陈及其同事开发的OECT具有两种不同的操作模式，分别是感测模式和处理模式。这两种不同的模式是通过对器件内的晶态-非晶态通道进行选择性离子掺杂来支持的。

王解释道：“在感知模式中，由生理信号驱动的电解质中的离子会迁移进入晶体结构，但它们可以很容易地扩散回电解质中，以保持通道处于低导电状态。在处理模式中，这些离子可以被晶体结构'困住'，使通道保持高导电状态。这种双重功能使我们的OECT器件独特而高效。”

为了制造他们的OECT阵列，研究人员采用了一系列简单的技术和工艺，包括热蒸发、溶液刮涂、热退火和反应离子刻蚀。由于所有这些技术都具有成本效益，因此它们可以促进他们的器件的大规模制造。

王表示：“我们的设备还具有令人印象深刻的多功能性。作为传感器，它可以检测各种信号，如电生理、化学物种、光、温度等。此外，作为存储单元，它提供了许多优势，例如能够存储10位模拟状态、低开关随机性和超过10,000秒的状态保持时间。这使得我们的有机场效应晶体管设备在人工智能领域成为了一个多功能工具。”

王、陈及他们的同事们通过一系列实验评估了他们的设备及其在不同操作模式之间切换的能力。他们发现他们的有机场效应晶体管（OECT）的动态可以被有效地调制，从而使其在作为传感器和处理器时均能良好地发挥作用。

作为一个传感器，该设备能够感知不同类型的刺激，包括离子和光线。作为处理器，它能够处理10位模拟状态，并且保持这些状态良好。

“我们研发的新装置具有两种不同的操作方案，因为离子被困在不同的地方”，Shijie说道。“因此，它可以同时作为传感器和处理器。这种可重构性受到生物启发，这也使得未来的神经形态硬件更加多功能和适应性强。”

未来，由这个研究团队创造的晶体管可以用于创建先进的神经形态学设备，能够收集不同类型的数据并进行处理。作为他们研究的一部分，王，陈及其同事证明可以用它来实时诊断心脏病，他们的下一步研究工作可能会探索更有前途的应用。

王补充道：“我们目前正在计划改进我们的制造技术，以创建一种大规模的有机场效应晶体管（OECT）阵列。这将为完全集成的感知-处理神经网络打下基础。这项技术的潜在应用非常广泛，可以彻底改变医疗保健等领域。例如，它可以通过硬件实现实时疾病诊断，这是一项突破，可以极大地提高医疗环境中的速度和准确性。”