Roztahovací, nositelný synaptický tranzistor dělá robotiku chytřejší

Tým inženýrů z Penn State vytvořil roztahovací, nositelný synaptický tranzistor, který by mohl udělat robotiku a nositelná zařízení chytřejšími. Zařízení vyvinuté týmem funguje podobně jako neurony v mozku, posílá signály do některých buněk a inhibuje ostatní, aby zlepšilo a oslabilo paměť zařízení. 

Výzkum vedl Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics a associate professor of biomedical engineering a of materials science and engineering. 

Výzkum byl zveřejněn v Nature Electronics. 

Navrhování synaptického tranzistoru

Tým navrhl synaptický tranzistor tak, aby mohl být integrován do robotů nebo nositelných zařízení, a může použít umělou inteligenci (AI) k optimalizaci funkcí. 

„Odrazem lidského mozku, roboty a nositelná zařízení, které používají synaptický tranzistor, mohou použít jeho umělou neuronovou síť k ‚učení‘ a přizpůsobení se chování,“ řekl Yu. „Například, pokud si spálíme ruku na sporáku, bolí to a víme, že bychom to měli příště vyvarovat. Stejné výsledky budou možné i pro zařízení, která používají synaptický tranzistor, protože umělá inteligence je schopná ‚učit‘ se a přizpůsobit se svému prostředí.“ 

Odraz lidského mozku 

Yu říká, že umělá neuronová síť v zařízení byla navržena tak, aby fungovala podobně jako neurony v oblasti ventrální tegmentální, která je malou částí lidského mozku. Neurony nejprve zpracovávají a přenášejí informace uvolňováním neurotransmiterů na svých synapsích, které jsou obvykle umístěny na konci neuronů. Excitační neurotransmitery poté spouštějí aktivitu jiných neuronů a jsou spojeny se zlepšením paměti. Naopak inhibiční neurotransmitery snižují aktivitu jiných neuronů, což znamená, že jsou spojeny se oslabením paměti. 

„Na rozdíl od všech ostatních oblastí mozku, neurony v oblasti ventrální tegmentální jsou schopny uvolňovat současně excitační i inhibiční neurotransmitery,“ řekl Yu. „Navržením synaptického tranzistoru tak, aby fungoval s oběma synaptickými chováními současně, je potřeba méně tranzistorů ve srovnání s konvenční integrovanou elektronikou, což zjednodušuje systémovou architekturu a umožňuje zařízení šetřit energii.“ 

Výzkumníci chtěli modelovat měkké, roztahovací biologické tkáně, a proto se spoléhali na roztahovací bilayerové polovodičové materiály k výrobě zařízení. To umožnilo zařízení roztahovat a ohýbat během používání. Ale konvenční tranzistory byly příliš tuhé a rozlomily by se, pokud by byly deformovány.” 

„Tranzistor je mechanicky deformovatelný a funkčně rekonfigurovatelný, a přitom si zachovává své funkce, i když je výrazně roztahován.“ Řekl Yu. „Může být připojen k robotu nebo nositelnému zařízení, aby sloužil jako jejich vnější kůži.“