‘Zelený’ inteligentní elektronický mikrosystém se chová jako samoúčně žijící organismus

Výzkumníci z University of Massachusetts Amherst vyvinuli nový elektronický mikrosystém, který se chová jako samoúčně žijící organismus tím, že inteligentně reaguje na informační vstupy bez vnějšího energetického vstupu. Nový typ elektroniky, který je zodpovědný za mikrosystém, může zpracovat ultranízké elektronické signály a obsahuje zařízení, které může generovat elektřinu “z vzduchu” z okolního prostředí.

Výzkum byl prezentován v Nature Communications 7. června.

Bílkovinné nanodráty

Jun Yao, který vedl výzkum, je asistent profesora elektrotechniky a počítačového inženýrství (ECE) a adjunkt profesora biomedicínského inženýrství. Spolupracoval s Derekem R. Lovelym,istinguished profesorem mikrobiologie.

Mikrosystém se skládá ze dvou hlavních komponent, které jsou vyrobeny z bílkovinných nanodrátů, což je “zelený” elektronický materiál, který je obnovitelně vyráběn. Nevytváří žádný “e-odpad” a systém je plánem pro budoucí zelenou elektroniku vyrobenou z udržitelných biomateriálů.

Podle U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, které financovalo projekt, se jedná o “samoúčně udržitelný mikrosystém”.

Tianda Fu je doktorand v Yaoově skupině a hlavní autor.

“Je to zajímavý začátek prozkoumání možnosti začlenění ‘živých’ funkcí do elektroniky. Těším se na další vyvinuté verze,” řekl Fu.

Předchozí výzkum

Tým již dříve pracoval na podobném výzkumu a projektech, přičemž nejnovější zahrnoval objev, že elektřina může být generována z okolního prostředí pomocí bílkovinného nanodrátového Air Generatoru, který je zařízení, které může nepřetržitě produkovat elektřinu v téměř všech prostředích.

Tento výzkum byl zveřejněn v roce 2020 vNature.

Rovněž v roce 2020 týmobjevil, že bílkovinné nanodráty mohou být použity k výstavbě elektronických zařízení nazývaných memristory, které mohou napodobovat mozkové výpočty a pracovat s ultranízkými elektrickými signály, které odpovídají biologickým signálům.

“Nyní spojujeme tyto dvě věci,” řekl Yao. “Vytváříme mikrosystémy, ve kterých elektřina z Air-Gen je použita k pohánění senzorů a obvodů postavených z bílkovinných nanodrátových memristorů. Nyní může elektronický mikrosystém získat energii z prostředí, aby podporoval snímání a výpočet bez potřeby vnějšího energetického zdroje (například baterie). Má plnou energetickou udržitelnost a inteligenci, stejně jako samoúčněnost v žijícím organismu.”

Systém je vyroben z bílkovinných nanodrátů získaných z bakterií, což znamená, že je ekologicky šetrný.

“Takže, z hlediska funkce i materiálu, vytváříme elektronický systém, který je více bio-podobný nebo živý,” říká Yao.

Albena Ivanisevic je manažer programu biotroniky v U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Práce demonstruje, že lze vyrobit samoúčně udržitelný inteligentní mikrosystém,” řekl Ivanisevic. “Tým z UMass ukázal použití umělých neuronů ve výpočtech. Je zvláště zajímavé, že bílkovinné nanodrátové memristory vykazují stabilitu v aqueousním prostředí a jsou vhodné pro další funkcionální rozšíření. Další funkcionální rozšíření nejen slibuje zvýšit jejich stabilitu, ale také rozšířit jejich využití pro senzory a novou komunikační modalitu, která je důležitá pro armádu.”