浙江
生物体的节律运动由中枢模式发生器（CPG）以分布式振荡方式完成，其能耗极低且适应性强，而传统机器人依赖集中式计算协调关节运动，能量效率远低于生物系统。 浙江大学俞滨教授、徐杨教授、张亦舒研究员、唐华锦教授 团队完成了题为“Artificial plateau neurons with in-situ spike-malleability for rhythmic quadrupedal locomotion”的研究，他们设计了一种具备原位脉冲可塑性的人工 Plateau 神经元，并以此为核心构建了无需中央计算单元的节律运动控制系统，成功驱动四足机器人实现了小跑和自适应行走。
研究团队制备的 PG-TS 神经元器件将双稳态 Plateau 栅极与易失性阈值开关集成在一起，采用单层 CVD 二硫化钼作为沟道、单层 CVD 石墨烯作为浮栅。Plateau 栅极通过正电压脉冲（超极化）和负电压脉冲（去极化）实现对神经元兴奋状态的双稳态调控，去极化后的器件即使在上游输入脉冲不变的条件下仍能持续发放高幅值脉冲，超极化则完全抑制脉冲发放，这种持续去极化特性正是生物 Plateau 神经元实现低功耗节律控制的核心机制。该器件的响应延迟仅为 5.62 微秒，远低于其他振荡器类 CPG 硬件的毫秒级响应和软件脉冲神经网络控制器约 10 毫秒的延迟，为动态步态控制所需的控制窗口留出了充裕的裕量。
在单神经元的基础上，研究团队设计了双分支 2(PG-TS) 电路来模拟生物运动中伸肌和屈肌的拮抗控制，两路 Plateau 栅极通过互补调制产生相位相差 180 度的节律性脉冲序列。该电路在三种编码模式下均可通过对去极化强度和脉冲时序的调节改变脉冲幅值和相位分布，而无需改变网络拓扑结构，从 1200 个运动脉冲测得的平均有源瞬态功耗仅为 141.37 纳瓦，每个脉冲的能量消耗为 141.37 皮焦耳，这一数值已经接近人体神经肌肉系统的有源能耗水平。研究团队还从 20 个 2(PG-TS) 样品中提取了 5000 个脉冲进行统计分析，其电流分布呈现宏观正态分布，证明了器件的一致性和可扩展性。为了突破单路 Plateau 去极化调制的动态范围限制，团队进一步设计了 4PG-TS 电路，通过四路并行 Plateau 栅极实现乘累加运算，输出端产生了阶梯状递增的脉冲电流并实现了可调节的动态脉冲阈值。
在应用验证中，研究团队将 2(PG-TS) 节律振荡器直接集成到宇树 Go2 四足机器人的控制回路中，四组振荡器分别对应左前大腿、左前小腿、右前大腿和右前小腿四个关节，伸肌和屈肌的脉冲序列经高斯滤波后转换为正弦关节角度信号并驱动比例-微分控制器。机器人采用对角线同步策略（左前-右后一组、右前-左后一组）在仿真环境和真实地面实验中均实现了稳定小跑步态，速度达到 0.15 米/秒，系统级能耗分析显示在 0.4 米/秒行走速度下该方案将电机驱动总功耗降低了 13.64%。研究团队还通过调节 Plateau 神经元电路的输入电压以及光偏置增强节律性脉冲，命令机器人执行了原地踏步、谨慎行走和快速行走三阶段自适应序列，整个过程左右肢体的脉冲始终保持 200 毫秒的相位差且关节角度轨迹平滑过渡，从器件物理到系统集成完整展示了神经形态硬件控制范式的可行性。
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