中科院纳米能源所王中林院士、孙其君研究员，最新Nature Materials评论！

2025年2月24日，韩国延世大学Cheolmin Park团队报告了一种触觉-视觉突触，原位监测手指康复和心电图分析。利用开发的触觉视觉突触与电和光输出反馈算法相结合，对重复手指弯曲和各种心律失常进行监测和视觉引导。所述触觉-视觉突触具有电化学晶体管的结构，所述电化学晶体管包括触觉感受器的弹性顶栅，以及具有发光层的电化学发光离子凝胶，所述电致化学发光离子凝胶堆叠在聚合物半导体层上，在源电极和漏电极之间形成电突触通道。低功耗（~34μW）可视化了手指和心跳重复运动相关的触觉突触活动，有助于开发方便高效的个性化医疗保健系统。相关研究成果以题为“Electrochemiluminescent tactile visual synapse enabling in situ health monitoring”发表在《Nature Materials》上。

4月18日，中科院北京纳米能源与系统研究所孙其君研究员、王中林院士团队对该文章进行了总结和评述，以“Synapse-Powered Vitality”为题发表在《Nature Materials》上。

突触赋能·生机显像

人工突触作为模拟生物神经网络自适应信号传递的仿生器件，长期以来一直是神经形态计算的核心组件（图1a）。这些器件通过电阻式、电容式、摩擦电式或压电式机制高效处理触觉信息，推动着从机器人皮肤到自适应假肢等领域的应用（图1b）。然而，其关键瓶颈始终存在：‌无法在无创条件下直接观测突触活动‌。传统方法依赖间接电学测量或破坏性成像技术，导致实时反馈与空间分辨率受限。尤其在原位健康监测场景中，亟需将触觉传感与实时可视化功能集成于神经形态器件。

传统机械光子人工突触虽能实现视觉-触觉双模态感知，但仅服务于传感器内/内存计算；而近期兴起的集成传感、处理与发光模块的神经形态视觉系统，主要面向智能显示技术，尚未深入生理分析领域。‌触觉-视觉突触‌通过将量子点阵列、应变响应发光聚合物或电化学发光离子凝胶等光活性材料嵌入突触结构，填补了这一空白。在机械刺激下，这些材料的光致发光或电致发光特性可发生定量变化，直接关联突触权重调制过程。

最近，发表在《

Nature Materials

通过将多种传感器与突触器件协同集成，新兴交互式神经形态器件可进一步感知/存储/处理外界多模态刺激信息，实现感知、学习、记忆与计算一体化功能（图1c）。其核心创新在于‌协同权重更新策略驱动的多模态操作‌：例如，“触觉模式”可编码压力、纹理与剪切力为脉冲序列，发挥传统人工突触功能；“可视化模式”则通过高空间分辨率光学图谱定位突触可塑性热点或机械损伤区域。这种多模态特性无需外接传感器或复杂数据融合算法，显著简化系统集成。

尽管ECL-TVS技术已取得突破，但在‌多模态扩展、智能化升级与可持续性‌方面仍面临挑战：

1.多模态融合‌：结合温度、湿度或生化传感器构建全景健康监测系统；

2.智能预测‌：耦合机器学习算法实现症状前健康恶化预警；

3.能源革新‌：开发高效混合能量收集策略，摆脱外部供能限制；

4.伦理考量‌：技术临床转化中需解决数据隐私与公平性等议题。

触觉-视觉突触标志着‌感知-计算-状态自反馈智能系统‌的新浪潮。随着领域向自主化、自感知技术迈进，此类器件将在弥合生物适应性与工程鲁棒性鸿沟中发挥关键作用。其发展不仅重构了健康监测技术体系，更引发深刻的哲学思考：‌若机器能感知并展示自身“健康状态”，人机协作的边界将如何重塑？

来源：高分子科学前沿

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