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仿生材料新突破!興大團隊用二維材料賦予元件感知能力

2021-03-05 09:55經濟日報 記者宋健生/即時報導
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仿生材料開發新突破!由國立中興大學與清華大學共組的團隊,利用二維材料打造出新型態的電子元件,讓仿生材料能像人類一樣擁有適應和疲勞等生物特徵,未來在機器人、義肢皮膚、智慧電子和人機介面等領域具有極大的應用潛力。

研究成果於今(2021)年3月,發表於國際知名出版社Cell Press的重要材料期刊《物質 Matter》。

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研究團隊由中興大學物理系兼奈米所副教授林彥甫、醫學工程所副教授林淑萍、材料工程系副教授賴盈至,與國立清華大學電機系教授邱博文、博士後研究員李克駿組成。

團隊指出,仿生人工智能開發過程中,如何給予元件感知觸覺功能是重要難題之一,如同像人一般的適應、疲勞等生物感官特徵,在傳統元件中是難以實現的,而研究團隊巧妙利用二維材料的特性,賦予冰冷元件類生物般的感知能力。

此研究的第一作者李克駿表示,近年來由於二維半導體材料具有光、電訊號上突破性優勢,被視為能夠取代傳統「矽」的新世代材料。

二維半導體材料由於表面積與體積比例極大,對電流易產生捕捉現象,傳統將其視為一大缺點,研究團隊反其道而行,藉助該特性開發並實現具生物感觀特性的元件。

研究團隊指出,該工作的發想完全是巧合。在觀察二維半導體元件特性時,發現元件的電流會隨著外界施加的電壓逐漸下降並趨於穩定。後續在查閱相關生物資料時,意外發現生物觀感中的受環境的適應行為,與此元件受電壓反應後不敏感有著極高相似之處。

舉個例子,冬天洗熱水澡,一開始覺得熱水很熱,但幾分鐘後就覺得還好,這就是觀感適應的具體現象。由於這樣簡單的觀察,才開始研究是否能利用此特性,來進階模仿生物的各項關鍵表現,進而賦予元件感知能力。

除了生物適應,由於該元件具有記憶訊號的特性,因此生物的疲勞與閥值等特性也被一一仿真。這項工作的實現,對單一元件即能賦予傳統壓力感測器等生物觀感特性,甚至能延伸應用到其他觀感,如溫度、光線等,具有非凡的應用價值。

林彥甫指出,這項工作能夠為二維半導體元件,在先進的仿生機器領域的開發,樹立一個有意義的典範。

林彥甫強調,這樣研究成果實屬不易,感謝一群在興大環境共同努力、能互相砥礪的實驗室研究夥伴與成員,這群以興大、清大為背景的成員,用實際行動力證明了本土團隊價值,並做到與全世界接軌的研究品質。

中興大學與清華大學共組的團隊,利用二維材料打造出新型態的電子元件。中興大學提供
中興大學與清華大學共組的團隊,利用二維材料打造出新型態的電子元件。中興大學提供

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