2026 年 3 月 9 日、クイーンカジノ入金不要ボーナスの院士イー・シー教授のグループのチャンジン・ワン准教授が率いる研究チームは、シンガポールの南洋理工大学およびその他の研究機関と協力して、「非常に堅牢なニューロモルフィック・プロテーゼのためのイオントロニック・リザーバー」と題する研究論文を発表しました。自然素材(図 1、DOI: 101038/s41563-026-02532-7)。
図 1 記事の最初のページ。
タコの腕は切断されても、感覚機能や運動機能を再生して回復することができます。しかし、ほとんどの動物では、内部神経組織の修復能力は表皮組織の修復能力に比べてはるかに劣ります。研究チームは、神経型プロテーゼを構築することで人工神経の修復能力を実現し、強化することを目指しました。彼らは、超高速の機能回復 (<002 秒) を備えたニューロモーフィック デバイスを開発しました。このデバイスは、コアコンピューティングユニットの 1 つとして、さまざまな複雑なターゲットの高効率認識 (認識精度 >90%) を実現し、さらに筋肉疲労のレベルに応じてコマンドの実行強度を自律的に制御できる人工感覚運動ループの構築に使用されました。この研究は、次世代の移植可能な神経電子デバイス、身体化された知能、および精密医療の開発のための新しい戦略を提供します。
神経プロテーゼは、電気刺激や信号デコードなどの技術を使用して損傷した神経や脳領域の機能を代替し、患者の運動能力、感覚能力、コミュニケーション能力などの回復を支援する移植可能な神経工学装置です。実際の神経補綴物には、効率的な情報処理だけでなく、動的な作業環境や損傷した作業環境でも、安定した動作と感知と制御の通常のパフォーマンスが必要です。ニューロモーフィックデバイスを使用して神経プロテーゼを構築することは、新たな重要な技術的方向性を表しています。ただし、既存のニューロモーフィック デバイスは、多くの場合、機械的摂動や構造的損傷に対して非常に敏感です。通常、伸張、圧縮、または骨折後にパフォーマンスを回復することは困難であり、通常は補綴装置の交換とシステム モデルの再トレーニングが必要になります。これにより、かなりの外科的リスクが生じ、実際の臨床シナリオでの適用が大幅に制限されます。
これらの課題に対処するために、研究チームは、機械的損傷と自己修復時の従来のニューロモーフィック デバイスに共通する問題を徹底的に分析しました。つまり、ニューロモーフィック コンピューティングは動的経路の完全性に大きく依存しています。たとえば、メモリスタのイオン移動経路とトランジスタのキャリア輸送経路は、両方とも構造の変化や損傷によって大幅に劣化します。そこで研究チームは、界面の動的プロセスに基づくイオン電子リザーバーの概念を提案し、自己修復ハイドロゲルを使用して対応するプロトタイプデバイスを作製した（図2）。このデバイスのニューロモーフィック コンピューティングは主にナノスケールの界面イオン特性に依存しているため、従来の機械的損傷の影響を受けにくくなっています。破壊されたヒドロゲルが再接触すると (<002 秒)、そのイオン動的特性が急速に回復し、それによって計算パフォーマンスの回復が可能になります。
このデバイスは、音声認識、心電図 (ECG) 分析、人間の動作認識など、9 つの典型的なインテリジェント処理タスクにわたって 90% を超える認識精度を達成しました。これに基づいて、研究チームは閉ループ神経調節におけるデバイスの応用可能性をさらに検証しました。体液の pH (筋肉疲労の重要な指標) の変化に対するデバイスの敏感な反応を利用することで、チームは「センシング – コンピューティング – 変調」を統合した閉ループの人工感覚運動ループを構築しました。動物実験の結果、このシステムは筋肉疲労のレベルに応じて坐骨神経の刺激強度を動的に調整し、それによって後肢の運動振幅の適応制御を達成できることが実証されました。固定刺激強度を使用する開ループ戦略と比較して、この閉ループ システムは、継続的な高強度刺激によって誘発されるアシドーシスのリスクを効果的に軽減でき、神経リハビリテーション、運動補助、スマート埋め込み型医療機器への応用の有望な見通しを示しています。この成果は、信頼性が高く、低電力で、柔軟で移植可能なインテリジェントな神経電子システムを構築するための新しい技術的ルートを提供するだけでなく、環境適応性を備えた次世代の神経プロテーゼおよび脳にヒントを得た生体電子システムの開発のための強固な基盤を築くことにもなります。
図 2 a) オントロニック リザーバー (左) とテスト システム (右) の概念設計。 b) 閉ループ人工感覚運動ループ (左) と実行制御の結果 (右)。