[发明专利]一种基于突触晶体管的机器人应激防护系统

说明书

本发明公开了一种基于突触晶体管的机器人应激防护系统，包括电阻式温度传感器、惠斯通电桥、电压转频率电路、突触晶体管、电压比较电路和机器人，机器人主要包括微处理器和舵机组。电阻式温度传感器和惠斯通电桥模拟动物的感受器，将温度对应转换为电压信号；电压转频率电路仿生传入神经将电压信号转换为对应频率的电脉冲；突触晶体管可以根据侧栅极输入脉冲的幅度、频率和持续时间产生兴奋性突触后电流，并且受到主栅极的调控，促进或者抑制突触后电流；突触后电流达到电压比较器阈值，触发应激保护。通过模仿生物的行为和机制，类人机器人可以获得更强的敏感感知能力和损伤预防能力。这将提高它们在恶劣工作条件下的适应能力。

技术领域

本发明涉及微纳制造技术领域，具体指一种基于突触晶体管的机器人应激防护系统。

背景技术

动物拥有复杂的感受和运动系统。在面临突发多变的环境时，它们的许多应激反应，比如膝跳反射、眨眼反射、缩手反射，能极大的提升适应环境和生存的能力。通过模仿生物的行为和机制，类人机器人可以获得更强的敏感感知能力和损伤预防能力。这将提高它们在恶劣工作条件下的适应能力。

反射动作是一种自我保护机制，使动物能够快速对刺激做出反应并避免危险。动物体内的传入神经、神经元和脊髓等构成了复杂的神经网络。神经网络分为低级和高级。低级的神经网络从感受器受到外界刺激开始。感受器感受外界刺激并产生电位的变化。传入神经负责信号的传输，将电位的变化转变成对应频率的脉冲信号并输送到神经元。神经元负责信号的接受和处理。神经元会接受多个传入神经的信号，并对脉冲信号进行初步的处理。神经元接受脉冲信号，当电位累计到一定阈值时，产生兴奋性突触后电流并立即做出反应动作。这个过程不需要大脑的直接参与。但高级的神经网络可以促进或抑制低级神经网络对刺激的反应程度，比如大脑可以有意识的抑制人缩手的反应。

本发明旨在仿生动物神经反射机制，赋予类人机器人更强的敏感感知能力和损伤预防能力。人工神经回路要求感受器获取外界信号，将信号转换为脉冲形式并传输给突触晶体管。如果刺激达到一定的阈值，突触晶体管将在与CPU沟通之前直接激活效应器。植入反射动作的人工机器人系统可以在不需要CPU干预的情况下自发地做出反应，从而在多任务处理中获得类似人类的应激保护能力。

近年来，人们对神经形态器件进行了大量研究，并取得了巨大的发展。突触晶体管可以根据输入脉冲的幅度、频率和持续时间产生兴奋性突触后电流，也可以整合多模信号。比如，2018年发表在《Science》第360卷，第998-1003页的论文A bioinspired flexibleorganic artificial afferent nerve，人工传入神经从压力传感器阵列中收集压力信息，利用环形振荡器将压力信息转换为脉冲信号，并将多个环形振荡器的信号与突触晶体管集成。突触晶体管产生的兴奋性突触后电流驱动了运动神经。此外，通过改进突触晶体管沟道和栅极材料，可以使其同时对光电信号进行响应。

上述突触晶体管根据多模信号可以产生兴奋性突触后电流，但缺乏大脑的调控和参与。生物大脑可以对下级的神经回路有一定的调控作用，可以促进或抑制兴奋性突触后电流。

发明内容

本发明提供了一种基于突触晶体管的机器人应激防护系统，将突触晶体管与类人机器人结合起来，机器人将更好的感知外界条件，并且在不需要CPU干预的情况下对危险情况做出自发反应，从而获得应激保护的能力。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于突触晶体管的机器人应激防护系统，所述应激防护系统包括电阻式温度传感器、惠斯通电桥、电压转频率电路、突触晶体管、电压比较电路和机器人，所述机器人包括CPU、微处理器和舵机组；