ترانزستور مشبكي قابل للتمدد والارتداء يجعل الروبوتات أكثر ذكاءً

فريق من مهندسي جامعة ولاية بنسلفانيا قد أنشأ ترانزستور مشبكي قابل للتمدد والارتداء يمكن أن يجعل الروبوتات والأجهزة القابلة للارتداء أكثر ذكاء. يعمل الجهاز الذي طوّره الفريق مثل الخلايا العصبية في الدماغ، حيث يرسل إشارات إلى بعض الخلايا ويعطل أخرى لتعزيز وتضعيف ذاكرة الأجهزة.

قاد البحث كونجيانغ يو، شاغل منصب Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor في علوم الهندسة والميكانيكا، والأستاذ المشارك في الهندسة الطبية الحيوية وفي علوم وهندسة المواد.

نشر البحث في Nature Electronics.

تصميم الترانزستور المشبكي

صمم الفريق الترانزستور المشبكي ليتكامل في الروبوتات أو الأجهزة القابلة للارتداء، ويمكنه استخدام الذكاء الاصطناعي لتحسين الوظائف.

“بمحاكاة الدماغ البشري، يمكن للروبوتات والأجهزة القابلة للارتداء التي تستخدم الترانزستور المشبكي استخدام الخلايا العصبية الاصطناعية “للتعلم” وتكيف سلوكياتها”، قال يو. “على سبيل المثال، إذا احترقت أيدينا على موقد، فإن ذلك يؤلمنا ونعرف أن علينا تجنب لمسه في المرة القادمة. ستكون النتائج نفسها ممكنة للأجهزة التي تستخدم الترانزستور المشبكي، إذ يستطيع الذكاء الاصطناعي «التعلم» والتكيف مع بيئته”.

محاكاة الدماغ البشري

يقول يو إن الخلايا العصبية الاصطناعية في الجهاز تم تصميمها للعمل مثل الخلايا العصبية في منطقة السقيفية البطنية، وهي قطعة صغيرة من الدماغ. تعمل الخلايا العصبية أولاً بمعالجة ونقل المعلومات من خلال إطلاق النواقل العصبية عند المشابك، التي تقع عادة عند نهايات الخلايا العصبية. تؤدي النواقل العصبية المثيرة إلى تنشيط نشاط الخلايا العصبية الأخرى، وترتبط بتعزيز الذاكرة. من ناحية أخرى، تقلل النواقل العصبية المثبطة من نشاط الخلايا العصبية الأخرى، مما يعني أنها ترتبط بتضعيف الذاكرة.

“على عكس جميع مناطق الدماغ الأخرى، يمكن للخلايا العصبية في منطقة السقيفية البطنية إطلاق النواقل العصبية المثيرة والمثبطة في نفس الوقت”، قال يو. “من خلال تصميم الترانزستور المشبكي للعمل مع سلوكيات سنابسية متزامنة، يتم تقليل عدد الترانزستورات المطلوبة مقارنة بالتكنولوجيا الإلكترونية المتكاملة التقليدية، مما يبسط بنية النظام ويمكن الجهاز من توفير الطاقة”.

أراد الباحثون محاكاة الأنسجة البيولوجية الناعمة والمرنة، لذلك اعتمدوا على مواد شبه موصلة ثنائية الطبقة مرنة لتصنيع الجهاز. هذا مكنه من التمدد والالتواء أثناء الاستخدام. لكن الترانزستورات التقليدية كانت صلبة وتنكسر عند التشوه”.

“الترانزستور ميكانيكيًا قابل للتشوه ووظيفيًا قابل لإعادة التكوين، ومع ذلك لا يزال يحتفظ بوظائفه عند التمدد بشكل كبير”، قال يو. “يمكنه أن يلتصق بالروبوت أو جهاز قابل للارتداء ليعمل كجلده الخارجي”.