Artificial nociceptors demonstrate significant potential in emerging fields such as intelligent prosthetics, humanoid robotics, and electronic skin, capable of transducing external noxious stimuli to the central nervous system. Unlike common sensory neurons, nociceptors exhibit unique characteristics, including “no adaptation,” “relaxation,” “threshold firing,” and “sensitization of allodynia/hyperalgesia.” This study presents a forming-free volatile transparent ITO/AlN/ITO memristor that emulates biological nociceptor behaviors. Leveraging this artificial nociceptor, an artificial mechano-nociceptive system is developed by integrating the ITO/AlN/ITO memristor into a piezoelectric force sensor system for pain sensing and noxious stimuli warning. This research contributes to the advancement of human cognitive capability emulation and artificial intelligence systems, particularly in the domain of pain perception and response.
REFERENCES
1.
P.
Gkoupidenis
,
Y.
Zhang
,
H.
Kleemann
,
H.
Ling
,
F.
Santoro
,
S.
Fabiano
,
A.
Salleo
, and
Y.
van de Burgt
, Nat. Rev. Mater.
9
, 134
(2023
).2.
Q.
Zhuang
,
K.
Yao
,
C.
Zhang
,
X.
Song
,
J.
Zhou
,
Y.
Zhang
,
Q.
Huang
,
Y.
Zhou
,
X.
Yu
, and
Z.
Zheng
, Nat. Electron.
7
, 598
(2024
).3.
K.
He
,
C.
Wang
,
Y.
He
,
J.
Su
, and
X.
Chen
, Chem. Rev.
123
(23
), 13796
(2023
).4.
X.
Tang
,
H.
Shen
,
S.
Zhao
,
N.
Li
, and
J.
Liu
, Nat. Electron.
6
(2
), 109
(2023
).5.
F. A.
Pinho-Ribeiro
,
W. A.
Verri
, and
I. M.
Chiu
, Trends Immunol.
38
(1
), 5
(2017
).6.
M. S.
Gold
and
G. F.
Gebhart
, Nat. Med.
16
(11
), 1248
(2010
).7.
J. H.
Yoon
,
Z.
Wang
,
K. M.
Kim
,
H.
Wu
,
V.
Ravichandran
,
Q.
Xia
,
C. S.
Hwang
, and
J. J.
Yang
, Nat. Commun.
9
(1
), 417
(2018
).8.
X.
Xu
,
E. J.
Cho
,
L.
Bekker
,
A. A.
Talin
,
E.
Lee
,
A. J.
Pascall
,
M. A.
Worsley
,
J.
Zhou
,
C. C.
Cook
,
J. D.
Kuntz
,
S.
Cho
, and
C. A.
Orme
, Adv. Sci.
9
(15
), e2200629
(2022
).9.
A. E. D. A.
Patapoutian
, J. Clin. Invest.
120
(11
), 3760
(2010
).10.
R. S.
Dahiya
,
D.
Cattin
,
A.
Adami
,
C.
Collini
,
L.
Barboni
,
M.
Valle
,
L.
Lorenzelli
,
R.
Oboe
,
G.
Metta
, and
F.
Brunetti
, IEEE Sens. J.
11
(12
), 3216
(2011
).11.
S.
Chun
,
J.-S.
Kim
,
Y.
Yoo
,
Y.
Choi
,
S. J.
Jung
,
D.
Jang
,
G.
Lee
,
K.-I.
Song
,
K. S.
Nam
,
I.
Youn
,
D.
Son
,
C.
Pang
,
Y.
Jeong
,
H.
Jung
,
Y.-J.
Kim
,
B.-D.
Choi
,
J.
Kim
,
S.-P.
Kim
,
W.
Park
, and
S.
Park
, Nat. Electron.
4
(6
), 429
(2021
).12.
M.
Rao
,
H.
Tang
,
J.
Wu
,
W.
Song
,
M.
Zhang
,
W.
Yin
,
Y.
Zhuo
,
F.
Kiani
,
B.
Chen
,
X.
Jiang
,
H.
Liu
,
H.-Y.
Chen
,
R.
Midya
,
F.
Ye
,
H.
Jiang
,
Z.
Wang
,
M.
Wu
,
M.
Hu
,
H.
Wang
,
Q.
Xia
,
N.
Ge
,
J.
Li
, and
J. J.
Yang
, Nature
615
(7954
), 823
(2023
).13.
W.
Wan
,
R.
Kubendran
,
C.
Schaefer
,
S. B.
Eryilmaz
,
W.
Zhang
,
D.
Wu
,
S.
Deiss
,
P.
Raina
,
H.
Qian
,
B.
Gao
,
S.
Joshi
,
H.
Wu
,
H. P.
Wong
, and
G.
Cauwenberghs
, Nature
608
(7923
), 504
(2022
).14.
Y.
Lin
,
W.
Wang
,
R.
Li
,
J.
Kim
,
C.
Zhang
,
H.
Kan
, and
Y.
Li
, Nano Energy
121
, 109267
(2024
).15.
T.
Wang
,
J.
Meng
,
X.
Zhou
,
Y.
Liu
,
Z.
He
,
Q.
Han
,
Q.
Li
,
J.
Yu
,
Z.
Li
,
Y.
Liu
,
H.
Zhu
,
Q.
Sun
,
D. W.
Zhang
,
P.
Chen
,
H.
Peng
, and
L.
Chen
, Nat. Commun.
13
(1
), 7432
(2022
).16.
R.
Yuan
,
P. J.
Tiw
,
L.
Cai
,
Z.
Yang
,
C.
Liu
,
T.
Zhang
,
C.
Ge
,
R.
Huang
, and
Y.
Yang
, Nat. Commun.
14
(1
), 3695
(2023
).17.
S.
Wang
,
S.
Gao
,
C.
Tang
,
E.
Occhipinti
,
C.
Li
,
S.
Wang
,
J.
Wang
,
H.
Zhao
,
G.
Hu
,
A.
Nathan
,
R.
Dahiya
, and
L. G.
Occhipinti
, Nat. Commun.
15
, 4671
(2024
).18.
X.
Han
,
Y.
Xu
,
B.
Sun
,
R.
Xu
,
J.
Xu
,
W.
Hong
,
Z.
Fu
,
H.
Zhu
,
X.
Sun
,
J.
Chang
, and
K.
Qian
, Appl. Phys. Lett.
120
, 094103
(2022
).19.
I. H.
Im
,
J. H.
Baek
,
S. J.
Kim
,
J.
Kim
,
S. H.
Park
,
J. Y.
Kim
,
J. J.
Yang
, and
H. W.
Jang
, Adv. Mater.
36
, 2307334
(2024
).20.
Y.
Zhang
,
G.
Tang
,
P.
Feng
,
K.
Kang
,
X.
Tang
,
M.
Li
, and
W.
Hu
, Appl. Phys. Lett.
121
, 163502
(2022
).21.
X.
Dai
,
Q.
Hua
,
C.
Jiang
,
Y.
Long
,
Z.
Dong
,
Y.
Shi
,
T.
Huang
,
H.
Li
,
H.
Meng
,
Y.
Yang
,
R.
Wei
,
G.
Shen
, and
W.
Hu
, Nano Energy
124
, 109473
(2024
).22.
B. J.
Choi
,
A. C.
Torrezan
,
J. P.
Strachan
,
P. G.
Kotula
,
A. J.
Lohn
,
M. J.
Marinella
,
Z.
Li
,
R. S.
Williams
, and
J. J.
Yang
, Adv. Funct. Mater.
26
(29
), 5290
(2016
).23.
H. D.
Kim
,
M. J.
Yun
,
K. H.
Kim
, and
S.
Kim
, J. Alloys Compd.
675
, 183
(2016
).24.
C.
Mahata
,
H.
Algadi
,
M.
Ismail
,
D.
Kwon
, and
S.
Kim
, J. Mater. Sci. Technol.
95
, 203
(2021
).25.
A.
Kumar
,
M.
Das
,
V.
Garg
,
B. S.
Sengar
,
M. T.
Htay
,
S.
Kumar
,
A.
Kranti
, and
S.
Mukherjee
, Appl. Phys. Lett
110
, 253509
(2017
).26.
X.
Hu
,
Z.
Tai
, and
C.
Yang
, Mater. Lett.
217
, 281
(2018
).27.
K.
Zhang
,
X.
Zhao
,
Y.
Han
,
K.
Hu
,
Y.
Zhang
,
L.
Li
,
Q.
Zhou
,
X.
Shan
,
X.
Lin
,
K.
Shan
,
Z.
Ma
,
Q.
Liu
,
Z.
Song
, and
F.
Wang
, Adv. Electron. Mater.
8
, 2200702
(2022
).28.
K.
Rudrapal
,
G.
Bhattacharya
,
V.
Adyam
, and
A. R.
Chaudhuri
, Adv. Electron. Mater.
8
, 2200250
(2022
).29.
K. R.
Son
,
T. H.
Lee
,
B. R.
Lee
,
H. S.
Im
, and
T. G.
Kim
, Small
14
(49
), e1801032
(2018
).30.
C.
Ye
,
Y.
Xu
,
Y.
Li
, and
K.
Qian
, Appl. Phys. Lett.
123
, 153905
(2023
).31.
K.
Qian
,
R. Y.
Tay
,
M. F.
Lin
,
J.
Chen
,
H.
Li
,
J.
Lin
,
J.
Wang
,
G.
Cai
,
V. C.
Nguyen
,
E. H.
Teo
,
T.
Chen
, and
P. S.
Lee
, ACS Nano
11
(2
), 1712
(2017
).32.
D.
Mishra
,
K.
Mokurala
,
A.
Kumar
,
S. G.
Seo
,
H. B.
Jo
, and
S. H.
Jin
, Adv. Funct. Mater.
33
, 2211022
(2023
).33.
F. C.
Chiu
, Adv. Mater. Sci. Eng.
2014
(1
), 578168
.34.
T.
Engelen
,
M.
Solcà
, and
C.
Tallon-Baudry
, Nat. Neurosci.
26
(10
), 1670
(2023
).© 2024 Author(s). Published under an exclusive license by AIP Publishing.
2024
Author(s)
You do not currently have access to this content.
