‘الذكاء الالكتروني الدقيق النانوي يعمل مثل الكائنات الحية الذكية

قام باحثون في جامعة ماساتشوستس أمهرست بتطوير نظام إلكتروني دقيق جديد يعمل مثل كائن حي ذكي من خلال الاستجابة الذكية للمدخلات المعلوماتية دون الحاجة إلى طاقة خارجية. النوع الجديد من الإلكترونيات المسؤولة عن النظام الدقيق يمكنه معالجة الإشارات الإلكترونية الفائقة الدقة ودمج جهاز قادر على توليد الكهرباء “من الهواء” من البيئة المحيطة.

تم تقديم البحث في نيتشر كوميونيكيشنز في 7 يونيو.

سلك بروتيني نانوي

جون ياو، الذي قاد البحث، هو أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية والحاسوبية وأستاذ مساعد في الهندسة الحيوية. انضم إليه ديريك آر لوفلي، أستاذ متميز في علم الأحياء الدقيقة.

يتكون النظام الدقيق من مكونين رئيسيين مصنوعين من سلك بروتيني نانوي، وهو مادة إلكترونية “خضراء” يتم إنتاجها بشكل متجدد. لا ينتج أي “مخلفات إلكترونية”، والنظام هو مخطط لصناعة إلكترونيات خضراء مستقبلية مصنوعة من مواد حيوية مستدامة.

وفقًا لقسم تطوير القدرات القتالية للجيش الأمريكي، الذي يتحمل مسؤولية تمويل المشروع، فهو ينتج “نظام دقيق مستدام ذاتيًا”.

تياندا فو هو طالب دراسات عليا في مجموعة ياو وكاتب الرسالة.

“من المثير أن نبدأ في استكشاف جدوى دمج سمات “حية” في الإلكترونيات. أنا أتطلع إلى إصدارات أكثر تطورًا في المستقبل”، قال فو.

البحث السابق

كان الفريق يعمل بالفعل على بحوث مشابهة ومشاريع، وكان آخرها اكتشاف أن الكهرباء يمكن توليدها من البيئة المحيطة باستخدام جهاز مولد هواء يعتمد على سلك بروتيني نانوي، وهو جهاز يمكنه إنتاج الكهرباء بشكل مستمر في معظم البيئات.

نشر ذلك البحث في عام 2020 في نيتشر.

كما وجد الفريق في عام 2020 أن سلك بروتيني نانوي يمكن استخدامه لإنشاء أجهزة إلكترونية تسمى ميمريستور، والتي يمكنها محاكاة حسابات الدماغ والعمل مع إشارات كهربائية فائقة الدقة تتوافق مع أмпليتودات الإشارات البيولوجية.

“الآن نجمع بينهما”، قال ياو. “نصنع أنظمة دقيقة يمكنها الحصول على الطاقة من البيئة لدعم الحس والتحكم دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي (مثل البطارية). لديها استدامة طاقة ذكية وذاتية، مثل الاستقلالية الذاتية في الكائنات الحية.”

النظام مصنوع من سلك بروتيني نانوي يتم حصاده من البكتيريا، مما يعني أنه صديق للبيئة.

“لذلك، من حيث الوظيفة والمادة، نحن نجعل نظامًا إلكترونيًا أكثر تشابهًا مع الكائنات الحية”، يقول ياو.

ألبينا إيفانيسيفيك هو مدير برنامج البايوترونيكس في قسم تطوير القدرات القتالية للجيش الأمريكي.

“يعمل الفريق على إظهار أن نظامًا دقيقًا ذكيًا مستدامًا ذاتيًا يمكن تصنيعه”، قال إيفانيسيفيك. “أثبت الفريق من جامعة ماساتشوستس استخدام العصبونات الاصطناعية في الحوسبة. ومن المثير بشكل خاص أن ميمريستور سلك بروتيني نانوي يظهر استقرارًا في البيئة المائية ويمكن تعديله بشكل أكبر. لا يعد التعديل الإضافي وعدًا بزيادة الاستقرار فقط، بل أيضًا توسيع نافذته لاستخدامات جديدة للاستشعار والاتصالات في مجالات هامة للجيش.”