科技日報記者 劉霞
韓國蔚山科學技術院科學家研發出一種完全可生物降解、性能穩定且能耗極低的人工突觸，其由貝殼、豆類和植物纖維等天然環保材料制成，能將記憶保持時間延長至近100分鐘。這種裝置不僅為可持續神經形態技術的發展開辟了新方向，也有助緩解電子垃圾激增等問題。相關成果發表于最新一期《自然·通訊》雜志。
傳統人工突觸常受限于功耗高、壽命短，為攻克這些難題，團隊采用天然可生物降解聚合物，構建出分層結構，設計了這款能模擬大腦突觸功能的仿生裝置。
該裝置結構類似微型“三明治”：兩層離子活性層之間，夾著一層由植物莖提取的醋酸纖維素制成的離子結合層，其余材料則來源于貝殼與豆類。通電時，裝置內的鈉離子（功能類似天然神經遞質）被釋放，通過界面結合產生“離子—偶極耦合”效應。即使在停止刺激后，部分離子仍可保留，使裝置能產生級聯響應，支持短期與長期記憶等多種突觸可塑性。
尤為突出的是，這種人工突觸的記憶保持時間長達100分鐘，創下目前可生物降解突觸的最長紀錄。同時，其能耗極低——每次信號傳遞僅消耗0.85飛焦耳，遠低于自然腦突觸每次活動所需的2.4—24飛焦耳。
除性能優越外，該設備還具有完全生物降解特性。其離子活性層與結合層在土壤中約16天即可自然分解，所用材料如醋酸纖維素等均對環境安全，分解后不殘留有害物質。
團隊還通過一個簡易機器人系統展示了其應用潛力：當設備感知到熱時，內部離子運動可放大信號，觸發機械手迅速從高溫物體撤回，模擬人類的反射行為。這預示著未來或可開發出能夠學習、響應環境刺激，并在完成任務后無害化消失的環保機器人。
團隊表示，這一成果同步攻克了人工突觸在超低功耗、穩定性、耐用性與生物降解性等方面的多項難題，是開發能與環境安全交互并最終自然消融的神經形態設備的重要進展。
總編輯圈點
突觸是大腦中神經元相互連接的節點，是信息傳遞和記憶形成的關鍵部位。科學家試圖制造出能模擬大腦突觸的電子器件，希望它像人腦一樣高效且低功耗。傳統電子突觸都用金屬材料制成，此次科研團隊用自然材料制造出了一種綠色電子元件。它巧妙地采用了一種“三明治”結構，耗能比自然腦突觸所需能量還低，記憶保存時間可長達100分鐘，還能在土壤環境中實現完全降解。這一成果向我們證明，科技的高性能和自然的可持續發展可以兼得。
