脑机接口与类脑计算是神经科技与下一代算力的核心交叉赛道，然而该领域长期面临双重挑战：在生物接口端，现有人工神经元要么放电时程与生物神经严重失配，无法真正激活活体神经回路；在硬件算力端，传统硅基器件依赖海量同质晶体管堆叠，能效与大脑相差五个数量级（据估算），AI算力扩张正遭遇能耗与散热的刚性天花板。与此同时，绝大多数人工神经元制造依赖高温光刻工艺，器件刚性强、成本高昂，既难以适配植入式医疗场景，也无法支撑大规模类脑硬件的量产落地。

2026年4月15日发表于《Nature Nanotechnology》（IF：37.5/Q1）的一项研究“用于多阶复杂度脉冲神经元的打印二硫化钼忆阻纳米片网络”（doi: 10.1038/s41565-026-02149-6）——带来了突破性进展。美国西北大学Mark C. Hersam团队联合神经生物学家Indira M. Raman教授，采用气溶胶喷射打印技术制备出基于二硫化钼纳米片忆阻网络的人工神经元，不仅能模拟多阶复杂的生物放电模式，更在小鼠小脑切片实验中成功激活活性浦肯野细胞，在离体层面初步验证了人工电子器件与生物神经系统的信号交互能力。

该团队跳出了传统硅基半导体的制造框架，以二维材料电子墨水为核心构建柔性器件体系。墨水以具备半导体特性的二硫化钼纳米片为功能主体，搭配石墨烯作为导电电极，辅以乙基纤维素作为打印助剂，通过气溶胶喷射工艺精准沉积在柔性聚酰亚胺基底上，形成“石墨烯/二硫化钼/石墨烯”的三明治结构。不同于以往工艺中彻底去除聚合物的常规做法，研究团队精准控制退火温度，让乙基纤维素发生部分分解并保留在器件内部。其核心工作机制在于：当电流通过器件时，会引发聚合物在局部区域不均匀热分解，进而形成一条极细的导电细丝，电流被紧紧约束在这个微小通道里，由此触发“热激活型骤回负微分电阻”效应，从功能上模拟了生物神经元“全或无”式的阈值放电行为——输入信号未达阈值时器件保持静息，一旦突破阈值便瞬间输出电脉冲，随后自动复位等待下一次刺激。

基于这一核心机制，单个人工神经元即可实现一阶到三阶的复杂放电模式，无需大规模器件堆叠，显著简化了类脑硬件中神经元功能模拟的电路复杂度。一阶复杂度下可模拟渗漏整合发放行为，支持多信号累加与放电延迟，适配信号整合类任务；二阶复杂度下能实现恒定刺激下的持续放电，频率可通过电路参数灵活调控，覆盖生物神经的主要生理频率范围；三阶复杂度则可还原簇状放电、相位放电等更复杂的神经动力学，能够编码更丰富的信息维度。整套器件在循环测试中展现出良好的长期稳定性（超过10⁶次循环），为实际应用提供了可靠性基础。

为验证人工神经元与生物神经的交互能力，研究团队将人工神经元输出的电信号直接作用于小鼠小脑切片。实验结果显示，人工脉冲的脉冲宽度、放电频率、波形形态，全都与小鼠神经元的生理特征高度匹配——在与生物生理特征相匹配的频率条件下，能够稳定、有效地激活浦肯野细胞并触发神经回路响应。Hersam教授对此评价道：“我们成功进入了此前从未实现的生理时间范围。你能亲眼看到活性神经元对我们的人工神经元做出反应。我们不仅做对了时间尺度，也做对了脉冲形状。”

在此之前，有机材料制备的人工神经元普遍放电速率过慢，金属氧化物器件则过快，均无法落入生物神经的响应时间窗口；而此次打印制备的人工神经元恰好填补了这一技术空白，首次在时间尺度与波形形态上同时满足了与生物神经直接交互的要求，在离体实验中验证了电子器件与生物神经的信号通信能力。

除了核心的神经放电功能，该打印平台还具备极强的功能拓展性：

研究团队通过同工艺制备的二硫化钼光敏电阻与人工神经元耦合，构建出类视网膜感光神经单元，可将光照强度直接转换为对应的放电频率，甚至能捕捉到低至4nW/mm²的极微弱光信号，为人工视觉、感知神经义肢提供了全新的技术路径。

在产业落地层面，气溶胶打印工艺属于增材制造模式，仅在需要的位置沉积功能材料，生产过程废料少、制造成本低，且器件天然具备柔性基底，既适合开发可穿戴、植入式脑机接口设备，也为大规模制备类脑计算芯片提供了可行的量产方案。

对于高速扩张的人工智能领域，这种模拟生物神经工作模式的硬件，为未来从底层架构上突破冯·诺依曼瓶颈提供了潜在路径，有望大幅降低算力系统的能耗水平，缓解当前数据中心面临的供电与散热压力，为下一代低功耗类脑计算提供核心器件支撑。