北理工团队重磅突破：发现新材料、造出“微型人造大脑”

5月6日，新京报记者从北京理工大学孙林锋教授课题组获悉，该课题组在研发“像人脑一样思考的记忆海绵芯片”方面，取得了一系列里程碑式的突破：该科研团队不仅在世界上首次发现了一种神奇的新材料CuBiP2Se6（简称CBPS），基于该材料还搭建出了能够处理复杂任务的“微型人造大脑”，彻底实现了“眼睛看、大脑存、大脑算、大脑做决定”的全自动一体化。这些重磅研究成果，近年来连续发表在《先进材料》及《自然·通讯》等国际顶级科学杂志上。

“从零到一”，新型材料破局

想要造出像人脑一样的芯片，首先得找到合适的“砖块”。在首篇发表于《先进材料》的论文中，研究团队在国际上首次报道了一种极其微小、薄到只有原子级别的新型四元层状二维材料CuBiP2Se6（CBPS）。

这种材料拥有一种叫“弛豫反铁电”的特殊性质。孙林锋解释，如果把材料内部想象成有无数对“拔河的小人”，正常情况下，它们两两背对背用力，力量刚好抵消，非常平静稳定；但当通上一点电时，这些小人不会像按电灯开关那样“啪”地一下瞬间全部转身，而是像旋转收音机的“音量旋钮”一样，随着电流变大，慢慢地、平滑地转到同一个方向。

而“弛豫”指的就是这种材料自带一种像“记忆海绵”一样的慢热与缓冲特性。当断电后，这些转过身的小人并不会像紧绷的皮筋那样瞬间猛弹回原位，而是像按压后的记忆海绵一样，逐渐恢复原状。孙林锋表示，这种“慢半拍”的平滑改变过程，和人类大脑的记忆与遗忘规律一模一样。这种自带缓冲、绝不猛烈突变的材料，不仅能完美模拟人类神经，而且因为它极薄且非常稳定，成了制造“类脑芯片”的完美基石。基于此，团队成功开发了支持光、电双模调控的突触器件，为后续的类脑视觉传感计算奠定了坚实的物理基础。

连点成网，攻克高阶神经形态计算难题

有了好砖块，下一步就是建大楼。单个材料再好，也处理不了复杂的任务，必须把它们密集地连接起来。随着研究的深入，如何将单体材料推向高密度、高可靠性的阵列化应用成为关键。

2025年，团队在《自然·通讯》上发表了第二项重要成果。他们利用CBPS材料在通电时可以“平滑变换”的特性，成功搭建出了一个高密度的芯片阵列（忆阻器阵列）。这个阵列就像是给电脑装上了成千上万个人造的“大脑神经突触”。测试证明，忆阻器阵列不仅非常耐用，而且每一个节点都表现得高度一致。

忆阻器阵列可以像“记忆海绵”一样“吸取历史经验”，拥有“回顾过去”的能力。孙林锋解释，这种高密度的芯片阵列能“感知”到自己之前的状态。如果刚刚被频繁刺激过，它会像人脑一样自动提高接下来接收新知识的门槛，防止信息过载；相反，如果最近一直在休息，它会自动降低门槛，变得极其敏感、一点就通。依靠这种能够灵活、动态地调整当下的学习状态和敏感度的本领，忆阻器阵列完美地模仿了生物大脑在学习高级复杂知识时的动态过程，为制造超级省电、超级聪明的类脑芯片铺平了道路。

终极合体，医疗看图“一眼准”

在传统的计算机里，“眼睛（传感器）”“记忆（硬盘）”和“大脑（处理器）”是分开的。数据在这些零件之间来回搬运，不仅慢，还特别费电。更麻烦的是，“眼睛”看到的真实画面大脑看不懂，必须在中间塞进一个极其庞大、占地方的“翻译官”——模数转换器；而且“大脑”每次要得出最终结果（即激活函数）还需要外接一堆极其庞大、昂贵且耗电的辅助电路来帮忙做决断。

2026年，团队在《自然·通讯》再次发文，给出了终极解决方案。研究人员巧妙地将材料叠加，造出了一个“超级合体器件”，这个极其微小的硬件，把“感知图像、储存记忆、思考计算、做出最终决定（激活函数）”这四个功能全包含其中，在国际上率先完成了“感知-存储-计算-激活函数”于单一硬件的完美集成。

孙林锋表示，这就像是给芯片做了一场“极简瘦身手术”：因为它自己就能直接看懂画面并一算到底，无须夹在中间的那个笨重“翻译官”；同时，因为它天生自带“做决定”的能力，也成功砍掉了外部那些耗能又烧钱的辅助决定电路，极大节省了硬件成本和空间。在实际的医学图像处理演示中，该集成系统展现出了极高的效能，在复杂的医疗图像分类任务中取得了超过95%的准确率。此外，团队还引入了可调谐的激活电路，让它能像变形金刚一样，根据不同任务随时调整自己的“思考方式”。

业内专家指出，孙林锋教授团队这一系列由浅入深、从材料端到系统端的连贯性原创工作，打破了传统电脑“算得慢、耗电快”的死胡同。未来，不管是戴在手腕上的智能手表，还是微型的医疗诊断机器人，都有望用上这种体积超小、极度省电的“中国芯”。

新京报记者 王卡拉

校对 卢茜