该文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是基于文档内容生成的学术报告：

作者及研究机构

该研究由Jiaqi Liu、Chengpeng Jiang、Qianbo Yu、Yao Ni、Cunjiang Yu和Wentao Xu共同完成。其中，Jiaqi Liu、Chengpeng Jiang、Qianbo Yu和Yao Ni来自南开大学电子与光学工程学院、天津市光电薄膜器件与技术重点实验室以及南开大学先进材料研究院；Cunjiang Yu来自美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的电气与计算机工程系、材料科学与工程系、机械科学与工程系以及生物工程系；Wentao Xu则来自南开大学和南开大学深圳研究院。该研究于2025年发表在《Nature Communications》期刊上。

学术背景

该研究的主要科学领域是柔性电子学与神经形态计算。当前，模仿生物神经系统的电子设备在感知与动作的集成上存在局限性，通常需要将神经计算单元与机械驱动单元物理分离，这降低了系统的协调性与功能性。为了解决这一问题，研究团队设计了一种新型柔性设备，能够同时实现神经计算与肌肉驱动功能。该设备的灵感来源于生物神经肌肉接头（neuromuscular junction, NMJ），旨在通过模仿生物神经系统的感知与动作集成逻辑，推动未来柔性电子与仿生系统的发展。

研究流程

研究分为以下几个主要步骤：

1. 设备设计与制备
   研究团队设计了一种名为“突触-运动耦合器”（synapse-motor coupler device, SMCD）的设备。该设备由银纳米线（Ag-NWs）、全氟磺酸离子聚合物（PFSA）和聚乙烯醇（PVA）等材料组成。通过电化学沉积法制备了银纳米线森林（Ag-NWs forest），并将其嵌入到PVA改性的PFSA膜中，形成功能层。设备的上表面部分蒸镀了金电极，用于模拟突触前膜，下表面则电镀了银电极，用于模拟施万细胞。

2. 设备工作机制验证
   通过施加电压刺激，研究团队验证了SMCD的神经突触功能与肌肉驱动功能。设备中的纳米通道允许水合阳离子迁移，并在银纳米线森林中被捕获，从而实现阈值开启、敏化和脱敏等关键特性。这些特性使设备能够模拟生物突触的短期可塑性行为，如成对脉冲易化（paired-pulse facilitation, PPF）和尖峰速率依赖性可塑性（spike-rate-dependent plasticity, SRDP）。

3. 仿生设计与应用
   研究团队利用SMCD的变形效应，设计了一种模仿蜗牛柄眼的360°全景信息捕捉系统，以及一种基于SMCD的仿生软体机器人。这些应用展示了SMCD在边缘智能设备、神经形态软体机器人以及仿生电子系统中的潜力。

4. 疼痛感知模拟
   通过结合SRDP和尖峰数量依赖性可塑性（spike-number-dependent plasticity, SNDP），研究团队成功模拟了生物疼痛感知的阈值、放松和敏化特性。这一功能为神经形态机器人的发展提供了重要参考。

5. 材料与机制分析
   通过透射电子显微镜（TEM）、电化学阻抗谱（EIS）和二维掠入射广角X射线散射（GIWAXS）等技术，研究团队深入分析了PFSA-PVA膜的纳米通道结构及其离子传输机制。结果表明，PVA的引入显著提高了纳米通道的密度和离子传输效率。

主要结果

1. 神经突触功能
   SMCD成功模拟了生物突触的短期可塑性行为，如PPF和SRDP。实验数据显示，当两个连续的尖峰刺激间隔为50毫秒时，PPF指数为138%。此外，设备能够准确识别莫尔斯电码，并将其转换为不同的兴奋性突触后电流（EPSC）信号。

2. 肌肉驱动功能
   SMCD在施加电压刺激后表现出显著的变形效应，最大弯曲角度可达360°。实验还验证了设备在不同湿度环境下的稳定性，封装后的设备在七种湿度条件下均保持了稳定的电流响应。

3. 仿生应用
   基于SMCD的仿生软体机器人成功实现了危险检测与避障功能。此外，通过设计不同形状的电极，研究团队实现了SMCD的局部膨胀与多维变形，展示了其在复杂任务环境中的潜力。

4. 疼痛感知模拟
   SMCD成功模拟了生物疼痛感知的阈值、放松和敏化特性。实验数据显示，当尖峰刺激的频率或数量达到一定阈值时，设备会产生疼痛信号。

结论

该研究提出了一种新型的突触-运动耦合器（SMCD），能够同时实现神经计算与肌肉驱动功能。其核心创新在于通过纳米通道与银纳米线森林的结合，模拟了生物神经肌肉接头的感知与动作集成逻辑。这一研究为未来柔性电子与仿生系统的发展提供了新的思路，具有重要的科学价值与应用潜力。

研究亮点

1. 创新性设备设计
   SMCD首次将神经计算与肌肉驱动功能集成在单一设备中，突破了传统神经形态电子设备的物理分离限制。

2. 多功能仿生应用
   研究团队成功开发了基于SMCD的360°全景信息捕捉系统与仿生软体机器人，展示了其在边缘智能设备与仿生电子系统中的广泛应用前景。

3. 疼痛感知模拟
   SMCD成功模拟了生物疼痛感知的阈值、放松和敏化特性，为神经形态机器人的发展提供了重要参考。

4. 材料与机制创新
   通过PVA改性PFSA膜，研究团队显著提高了纳米通道的密度与离子传输效率，为高性能柔性电子设备的开发提供了新的材料基础。

其他价值

该研究还为神经形态计算与仿生电子系统的进一步集成提供了技术路线，推动了相关领域的发展。此外，SMCD的设计理念与方法可为其他柔性电子设备的研究提供借鉴。