现实世界的传感处理应用需要紧凑、低延迟和低功耗的计算系统。混合忆阻器-互补金属氧化物半导体神经形态架构凭借其内存事件驱动计算能力,为此类任务提供了理想的硬件基础。为了展示此类系统的全部潜力,我们提出并通过实验演示了一种用于现实世界对象定位应用的端到端传感处理解决方案。从仓鸮的神经解剖学中汲取灵感,我们开发了一种生物启发的事件驱动对象定位系统,将最先进的压电微机械超声换能器传感器与基于神经形态电阻式存储器的计算图结合在一起。我们展示了由基于电阻式存储器的巧合检测器、延迟线电路和全定制超声传感器组成的制造系统的测量结果。我们使用这些实验结果来校准我们的系统级模拟。然后使用这些模拟来估计对象定位模型的角度分辨率和能量效率。结果揭示了我们的方法的潜力,经评估,其能量效率比执行相同任务的微控制器高出几个数量级。
Dennis诉Christensen 1,Regina Dittmann 2,Bernabe Linares-Barranco 3,Abu Sebastian 4,Manuel Le Gallo 4,Andrea Redaelli 5,Stefan Slesazeck 6,Thomas Mikolajick 6,7 Iang 12,Feng Miao 12,Mario Lanza 13,Tyler J Quill 14,Scott T Keene 15,Alberto Salleo 14,Julie Grollier 16,Danijela Markovi´ c 16,Alice Mizrahi 16,Peng Yao 17,Peng Yao 17 Datta 20,Elisa Vianello 21,Alexandre Valentian 22,Johannes Feldmann 1,Xuan Li 23,Wolfram HP Pernice 24,25,Harish Bhaskaran 23,Steve Furber 26,Emre Neftci 27 Geun Kim 31,Gouhei Tanaka 32,Simon Thorpe 33,Chiara Bartolozzi 34,Thomas A Cleland 35,Christoph Posch 36,Shihchii Liu 18,Gabriella Panuccio 37,Mufti Mahmud 38,Arnabim Mazumder 39,Mufti Mahmud 38 , Tinoosh Mohsenin 39 , Elisa Donati 18 , Silvia Tolu 14 , Roberto Galeazzi 40 , Martin Ejsing Christensen 41 , Sune Holm 42 , Daniele Ielmini 43 和 N Pryds 1
抽象的生物电子医学通过感测,处理和调节人体神经系统中产生的电子信号(被标记为“神经信号”)来治疗慢性疾病。虽然电子电路已经在该域中使用了几年,但微电子技术的进展现在允许越来越准确且有针对性的解决方案以获得治疗益处。例如,现在可以在特定神经纤维中调节信号,从而靶向特定疾病。但是,要完全利用这种方法,重要的是要了解神经信号的哪些方面很重要,刺激的效果是什么以及哪些电路设计可以最好地实现所需的结果。神经形态电子电路代表了实现这一目标的一种有希望的设计风格:它们的超低功率特征和生物学上可行的时间常数使它们成为建立最佳接口到真正神经加工系统的理想候选者,从而实现实时闭环与生物组织的闭环相互作用。在本文中,我们强调了神经形态回路的主要特征,这些电路非常适合与神经系统接口,并展示它们如何用于构建闭环杂种人工和生物学神经加工系统。我们介绍了可以实施神经计算基础的示例,以对这些闭环系统中感应的信号进行计算,并讨论使用其输出进行神经刺激的方法。我们描述了遵循这种方法的应用程序的示例,突出了需要解决的开放挑战,并提出了克服当前局限性所需的措施。
1 印第安纳医学院儿科、解剖学、医学和分子遗传学系 Herman B Wells 儿科研究中心,美国印第安纳州印第安纳波利斯 46202 2 印第安纳大学基因组学和生物信息学中心,美国布卢明顿 3 劳伦斯伯克利国家实验室环境基因组学和系统生物学部,美国加利福尼亚州伯克利 94720 4 加利福尼亚大学比较生物化学项目,美国加利福尼亚州伯克利 94720。 5 美国能源部联合基因组研究所,劳伦斯伯克利国家实验室,美国加利福尼亚州伯克利 94720 6 伯尔尼大学生物医学研究系 (DBMR),瑞士伯尔尼 7 伯尔尼大学医院心脏病学系,瑞士伯尔尼
嵌入式设备可以在本地实时处理生物医学信号,因此临床研究和治疗应用的生物医学信号分析可以受益匪浅。一个例子是分析癫痫患者的颅内脑电图 (iEEG) 以检测高频振荡 (HFO),这是致痫脑组织的生物标志物。混合信号神经形态电路提供了构建紧凑、低功耗神经网络处理系统的可能性,该系统可以实时在线分析数据。在这里,我们介绍了一种神经形态系统,该系统在同一芯片上结合了神经记录头端和脉冲神经网络 (SNN) 处理核心来处理 iEEG,并展示了它如何可靠地检测 HFO,从而实现最先进的准确性、灵敏度和特异性。这是首次使用混合信号神经形态计算技术实时识别 iEEG 中相关特征的可行性研究。
液体分析是跟踪食品、饮料和化学制造等行业是否符合严格的工艺质量标准的关键。为了在线并在最感兴趣的点分析产品质量,自动监控系统必须满足小型化、能源自主性和实时操作方面的严格要求。为了实现这一目标,我们介绍了在神经形态硬件上运行的人工味觉的第一个实现,用于连续边缘监控应用。我们使用固态电化学微传感器阵列来获取多变量、随时间变化的化学测量值,采用时间滤波来增强传感器读出动态,并部署基于速率的深度卷积脉冲神经网络来有效融合电化学传感器数据。为了评估性能,我们创建了 MicroBeTa(微传感器味道测试),这是一个用于饮料分类的新数据集,包含 3 天内进行的 7 小时时间记录,包括传感器漂移和传感器更换。我们实现的人工品味在推理任务上的能效比在其他商用低功耗边缘 AI 推理设备上运行的类似卷积架构高出 15 倍,在 USB 棒外形尺寸中包含的单个英特尔 Loihi 神经形态研究处理器上实现了比传感器读数采样周期低 178 倍以上的延迟和高精度(97%)。
为口腔 - 芯片模型创建基本结构涉及设计一个微流体芯片,该微流体芯片复制必需的组件并创建模拟口腔复杂性的微环境。微流体芯片可以由各种材料制成,包括玻璃,硅和聚合物。微流体芯片的标准制造技术包括软光刻,光刻图和注射成型。这些方法可以在芯片上创建复杂的微观结构和通道。微流体芯片应复制口腔的关键成分,包括代表各种口腔组织的细胞培养室,例如上皮细胞,成纤维细胞和唾液腺细胞,这些细胞包含在细胞外基质中。细胞外基质可以结合水凝胶或其他材料,以提供结构支撑和细胞附着和生长的基板。结合灌注系统可模拟血液,使营养素,氧气和药物的递送2,3。
已知由形成 J 聚集体的有机染料组成的超分子组装体表现出窄带光致发光,半峰全宽约为 ≈ 9 nm (260 cm − 1 )。然而,这些高色纯度发射体的应用受到菁 J 聚集体相当低的光致发光量子产率的阻碍,即使在溶液中形成也是如此。本文证明了菁 J 聚集体在室温下在水和烷基胺的混合溶液中可以达到高一个数量级的光致发光量子产率(从 5% 增加到 60%)。通过时间分辨的光致发光研究,显示了由于非辐射过程的抑制导致激子寿命的增加。小角度中子散射研究表明了这种高发射性 J 聚集体的形成必要条件:存在用于 J 聚集体组装的尖锐水/胺界面以及纳米级水和胺域共存以分别限制 J 聚集体尺寸和溶解单体。
摘要 - 计算机视觉和深度学习方面的进步导致人们对Ai-Art的领域的兴趣激增,包括数字图像创建和机器人辅助绘画。传统的绘画机依靠静态图像和offl ine处理来将视觉反馈纳入其绘画过程中。但是,这种方法并未考虑绘画的动态性质,并且无法将复杂的重叠模式分解为单个笔触。作为基于框架的RGB摄像机的替代方法,神经形态摄像机通过异步事件流捕获场景中光强度的变化,有望克服传统计算机视觉技术的某些固有局限性。在此项目中,提出了一种用于物理绘画的机器人系统,该系统利用了动态视觉传感器(DVS)摄像机的基于事件的视觉输入。为了利用摄像机的超低潜伏期和稀疏编码,该建议的系统还采用了基于事件的信息处理,并在神经形态Dynapse-1处理器上使用尖峰神经网络实现。机器人系统接收DVS感官数据,它代表了笔触的轨迹,并计算了所需的关节速度,以闭环方式用6多F的机器人臂重新创建中风。控制器还将触觉反馈从力量扭转传感器集成在一起,以动态调整末端exector的距离,这取决于刷子的变形。在项目范围内,进一步证明了如何从DVS数据中提取有关感知的笔触中风的速度信息。该系统在现实世界中进行了测试,并成功生成了物理笔触的集合。提出的网络是迈向完全尖峰的机器人控制器的第一步,能够无缝融合基于事件的感觉反馈,从而提供超低潜伏期响应能力。除了在机器人辅助绘画中的实用性之外,开发的网络还适用于需要实时自适应控制的任何机器人任务。
发展性计算障碍 (DD) 是一种学习障碍,会影响数字算术技能的习得。患者在数字处理方面表现出持续的缺陷,这与大脑激活和结构异常有关。据报道,发展性计算障碍患者的顶叶皮层(包括顶内沟 (IPS))以及额叶和枕颞皮层灰质减少。此外,计算障碍患者的白质存在差异,例如下纵束 (ILF) 和上纵束 (SLF)。然而,这些结构差异的纵向发展尚不清楚。因此,我们的目标是研究患有和不患有发展性计算障碍的儿童的灰质和白质的发展轨迹。在这项纵向研究中,我们以 4 年为间隔两次收集了 13 名患有发展性计算障碍的儿童(8.2-10.4 岁)和 10 名正常发育 (TD) 儿童(8.0-10.4 岁)的神经心理学测量值和 T1 加权结构图像。使用基于体素的形态测量法对纵向数据进行体素级灰质和白质体积估计。本研究首次揭示了 DD 儿童在发育过程中灰质和白质体积持续减少。双侧下顶叶包括 IPS、缘上回、左楔前叶、楔叶、右枕上回、双侧颞下回和颞中回以及岛叶均发现灰质减少。双侧 ILF 和 SLF、下额枕束 (IFOF)、皮质脊髓束和右丘脑前部放射 (ATR) 的白质体积减少。在行为上,DD 儿童在基线和随访中在各种数字任务中的表现明显较差,证实了数字处理方面的持续缺陷。本研究结果与文献一致,文献表明 DD 儿童在数字网络中的灰质和白质体积减少。我们的研究进一步阐明了大脑发育的轨迹,揭示了这些已知的颞叶和额顶叶长联系纤维和相邻区域的结构差异