我国科学家在类脑计算领域取得系列重大突破：新材料搭建出“微型人造大脑”

近日，北京理工大学孙林锋教授课题组在研发“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。

这支科研团队不仅首次发现了一种神奇的新材料，还用它一步步搭建出了能够处理复杂任务的“微型人造大脑”，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。

从零到一的“魔法材料”：像调音量一样模拟人类记忆

想要造出像人脑一样的芯片，首先得找到合适的“砖块”。在第一篇论文中，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材料（CuBiP2Se6, 简称CBPS）。这种材料最神奇的地方，在于它拥有一种叫“弛豫反铁电”的特殊性质。你可以把材料内部想象成有无数对“拔河的小人”。正常情况下，他们两两背对背用力，力量刚好抵消，显得非常平静稳定；但当你给它通上一点电时，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，他们慢慢地、平滑地转到同一个方向。

而所谓的“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。当你断电之后，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，慢吞吞、依依不舍地逐渐恢复原状。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很相似。因此，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。

连点成网：给“微型大脑”搭建神经网络

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。2025年，团队发表了第二项重要成果。他们利用这种材料在通电时可以“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，这个阵列不仅非常耐用，而且每一个节点都表现得高度一致。

那么，为什么用这种“弛豫反铁电”材料做出的器件，能够完美搞定哪怕是最复杂的高阶学习任务呢？秘密就在于它像“记忆海绵”一样懂得“吸取历史经验”。 普通的电子材料就像没有记性的普通弹簧，通电变形，断电瞬间弹回原状，一通电一断电就彻底清零，只能做最死板的条件反射。但这种“弛豫”材料在断电后回弹得慢吞吞、依依不舍，使得它身上总是保留着上一次通电的“痕迹”。这就让微型芯片拥有了“回顾过去”的能力：它能感知到自己之前的状态。如果它发现自己最近刚刚被频繁刺激过（学得太累），它就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，它就会自动降低门槛，变得极其敏感、一点就通。

这种能够根据自己过去的经历，灵活、动态地调整当下的学习状态和敏感度的本领，正是人类能够举一反三、进行高阶复杂思考的精髓。正是依靠这种特性，它能够模仿生物大脑在学习高级复杂知识时的动态过程，为制造省电、聪明的类脑芯片铺平了道路。

终极合体：告别笨重器件，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，大脑却看不懂，必须在中间塞进一个极其庞大、占地方的“翻译官”（专业上叫模数转换器）；而且，大脑每次要得出最终结果（也就是专业上的“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，团队再次发文给出解决办法。他们将材料叠加，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）”这四个功能全包了。

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路算到底，所以彻底赶走了夹在中间那个笨重的“翻译官”（模数转换器）；同时，因为它自带“做决定”的能力，也成功砍掉了外部那些既耗能又烧钱的辅助决定电路，极大节省了硬件成本和空间。当研究人员让这个轻装上阵的“小脑瓜”去识别复杂的医疗图像时，它不仅处理得飞快，而且准确率超过了95%。此外，它还能像变形金刚一样，根据不同任务随时调整自己的“思考方式”（即可调谐激活功能）。

孙林锋教授团队这一系列由浅入深的工作，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”。

文/北京青年报记者 陈斯

编辑/马晓晴