多種疾病都可能造成人們味覺的部分減退甚至完全喪失。不過，中國科學院國家納米科學中心鄢勇團隊的最新研究帶來希望——一種融合了石墨烯衍生材料與機器學習技術的系統，已能夠精準“感知”酸甜苦辣等味道。這項研究成果于日前發表在《美國國家科學院院刊》上，未來有望幫助神經系統疾病患者重拾失去的味覺。
仿生“類腦計算”是目前人工智能領域最核心的研究方向之一，模擬人體感官的感存算一體化系統是該方向最重要的研究課題。相比于目前廣泛研究的視覺與觸覺感知，仿生味覺感存算一體化系統在環境監測、食品安全、健康監測、疾病診斷以及味覺重構等方面將發揮獨特功能。但與視覺與觸覺不同，味覺感知不但涉及化學(生物)物質交換，器件工作往往要求液相生理環境，具有更為復雜的過程，實現其感存算一體極具挑戰。
針對上述問題，研究團隊基于層疊的氧化石墨烯薄膜開發了一種集傳感與計算功能于一體、可在水相中工作的新型納米離子器件。離子動力學表征與有限元理論模擬研究表明，氧化石墨烯片層中界面吸附—解吸附過程可顯著遲滯離子的遷移速度，從而賦予該器件離子傳感和憶阻特性。
研究團隊利用該器件的傳感功能構建了多種味型的化學樣本庫，并基于其神經形態計算功能構建了儲備池計算網絡以模擬人工味覺系統。該系統可以實現酸、苦、咸、甜四種基本味型以及咖啡、可樂等復雜風味的準確識別。
傳統AI感官技術止步于視覺與觸覺，味覺模擬卻長期困于液相環境的生物復雜性。在生理環境下，該成果在同一器件中實現了傳感與計算雙功能。研究團隊利用層狀氧化石墨烯膜，在生理鹽水中構建起動態離子通道，其價值在于其與生物神經接口的兼容性——電導信號可直接轉化為神經脈沖。
(作者：張余春，系國家納米科學中心工程師)
（責任編輯：華康）
