生物神经系统中痛觉感受器、神经元和突触的整合与协作，使人类能够有效感知和处理有害信息，从而规避危险。受生物神经系统的启发，目前人工神经电子器件包括电解液基晶体管、依赖外来离子的忆阻器、卤化物钙钛矿忆阻器。这些器件在一定程度上存在重复性、可控性、稳定性和集成困难等问题。

薛武红副教授和许小红教授合作，通过引入一种CMOS兼容、简单、稳定的Pt/V₂O₅/Pt三明治结构器件，首次通过在V₂O₅介质层中构建和调控缺氧V₂O_5-x和Mott VO₂纳米通道分别模拟了类脑处理和神经痛觉感知功能。此外，在基于V₂O_5-x纳米通道突触器件卷积神经网络中，手写数字识别准确率在5个训练后高达80%，52个训练后达到89%。利用Mott VO₂纳米通道器件的优异阈值转变还完美地模拟了痛觉感受器的所有关键特征。特别是，器件展现了0.4 V超低阈值电压和亚毫秒级孵化时间。这些结果说明在Pt/V₂O₅/Pt单一器件中构建的漂移型和Mott纳米通道能够很好的模拟突触和伤害感受器功能。该工作为开发多功能、超灵敏和高集成人工智能系统提供了新思路。

相关成果以《Native Drift and Mott Nanochannel in Layered V₂O₅ Film for Synaptic and Nociceptive Simulation》为题，发表在SCIENCE CHINA Materials期刊上（SCI一区，影响因子：8.64）。

全文链接：https://www.sciengine.com/SCMs/doi/10.1007/s40843-022-2165-8

在单一器件Pt/V₂O₅/Pt中，通过构建和调控V₂O_5-x和VO₂纳米通道，分别模拟类脑处理和神经疼痛感知功能。