具有檢測、識別和存儲實時感知信息能力的感知-存儲-計算設備可以簡化傳統芯片中不同模塊之間的數據轉換、傳輸、存儲和操作，這對于在物聯網（IoT）時代同時實現多樣化功能、簡單設計和高效計算具有重要的價值和吸引力。

據麥姆斯咨詢報道，近日，福州大學陳惠鵬研究員等人開發了一種基于MXenes的自供電垂直摩擦晶體管（VTT），用于多感知-存儲-計算功能和多任務情感識別，該VTT將摩擦納米發電機（TENG）和晶體管集成在單個器件中，具有垂直有機場效應晶體管（VOFET）的簡單配置。

研究人員發現，摩擦電勢能夠調節絕緣層中的離子遷移和MXene/半導體界面處的肖特基勢壘高度，從而調節MXene和漏極之間的導電通道。同時，與單個TENG器件相比，感知靈敏度提高了711倍，VTT表現出優異的多感知-存儲-計算功能。

重要的是，基于該功能，構建了多感知融合和多模型情感識別，將情感識別準確率提高到94.05%，并且具有可靠性。這種結構簡單、自供電的VTT器件具有高靈敏度、高效率和高精度的特點，在未來人機交互、物聯網和先進智能應用方面具有廣闊的應用前景。

在這項研究工作中，多感知-存儲-計算系統由幾個用于感知的傳感單元、用于傳遞信息的傳輸路徑以及用于存儲和計算的大腦組成。研究人員制造了基于TENG和VOFET的垂直摩擦晶體管器件（VTT），以實現多感知-存儲-計算功能。顯然，該VTT集成了TENG和VOFET的功能。

由于TENG器件和VOFET器件共享垂直結構，所以該VTT具有沒有任何冗余層的VOFET配置。VTT由可移除Kapton襯底、可移除Au柵極、離子凝膠絕緣層、MXenes網絡源極、PDVT-10通道層和Au源極/漏極組成。通過柵極的移動和VTT的振動分別模擬觸覺和聽覺，并通過光敏Ti3C2Tx MXenes電極實現視覺感知。

多感知-存儲-計算系統示意圖，以及VTT的器件結構及其形態特征

與集成TENG的傳統平面晶體管相比，研究人員所開發的VTT不僅提高了器件集成度，而且簡化了等效電路。VTT可以僅通過引出柵極和源極就可實現TENG的功能，而如果將外部電壓施加到源極-漏極上，則可以起到VOFET的作用。

TENG和VTT的電輸出和傳感特性

研究人員分別研究了TENG和VTT在模擬不同感官知覺時的靈敏度。結果表明，與單個TENG相比，VTT的觸覺靈敏度提高了711倍。對于每種感官知覺，VTT均表現出比單個TENG更高的靈敏度，這歸因于VOFET的放大、低亞閾值擺幅（SS）和高開/關比。

通過計算互相關函數，證明了多感知之間的存儲-計算，并且由于VTT的多感知集成特性，還模擬了上丘功能和人工刺激響應系統。最后，研究人員實現了一個基于VTT的多模型情感識別系統，通過數據級模型融合實現了94.05%的情感識別準確率。

多感知-存儲-計算模型與上丘功能模擬

多模型情感識別系統

總之，研究人員成功開發了一種多感知-存儲-計算器件，其在具有VOFET配置的單個器件中集成了TENG和晶體管。這種自供電多感知-存儲-計算器件具有（I）簡單的結構和自供電功能、（II）高靈敏度、（III）高效率和轉換速度和（IV）高識別準確度等優點。這項概念驗證工作在單個器件中實現了觸覺/聽覺/視覺感知-存儲-計算，這有可能減少傳感器、存儲器和計算單元之間的數據移動，并為腦啟發計算（brain-inspired computing）范式鋪平了道路。

審核編輯：劉清