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(xué)院國家納米科學(xué)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(xué)習(xí)技術(shù)的系統(tǒng)，已能夠精準(zhǔn)“感知”酸甜苦辣等味道。這項研究成果于日前發(fā)表在《美國國家科學(xué)院院刊》上，未來有望幫助神經(jīng)系統(tǒng)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(lǐng)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(tǒng)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(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測、食品安全、健康監(jiān)測、疾病診斷以及味覺重構(gòu)等方面將發(fā)揮獨特功能。但與視覺與觸覺不同，味覺感知不但涉及化學(xué)（生物）物質(zhì)交換，器件工作往往要求液相生理環(huán)境，具有更為復(fù)雜的過程，實現(xiàn)其感存算一體極具挑戰(zhàn)。

針對上述問題，研究團隊基于層疊的氧化石墨烯薄膜開發(fā)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(xué)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(gòu)建了多種味型的化學(xué)樣本庫，并基于其神經(jīng)形態(tài)計算功能構(gòu)建了儲備池計算網(wǎng)絡(luò)以模擬人工味覺系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實現(xiàn)酸、苦、咸、甜四種基本味型以及咖啡、可樂等復(fù)雜風(fēng)味的準(zhǔn)確識別。

傳統(tǒng)AI感官技術(shù)止步于視覺與觸覺，味覺模擬卻長期困于液相環(huán)境的生物復(fù)雜性。在生理環(huán)境下，該成果在同一器件中實現(xiàn)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(gòu)建起動態(tài)離子通道，其價值在于其與生物神經(jīng)接口的兼容性——電導(dǎo)信號可直接轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖。

（作者：張余春，系國家納米科學(xué)中心工程師）