‘Grøn’ Intelligent Elektronisk Mikrosystem Fungerer Som En Selvstændig Levende Organisme

Forskere ved University of Massachusetts Amherst har udviklet et nyt elektronisk mikrosystem, der fungerer som en selvstændig levende organisme ved at intelligently reagere på informationsindgange uden ekstern energiindput. Den nye type elektronik, der er ansvarlig for mikrosystemet, kan behandle ultralave elektroniske signaler og inkorporere en enhed, der kan generere elektricitet “ud af tynd luft” fra den omgivende miljø.

Forskningen blev præsenteret i Nature Communications den 7. juni.

Protein Nanowires

Jun Yao, der ledede forskningen, er en adjunktprofessor i elektroteknik og datateknik (ECE) og en adjunktprofessor i biomedicinsk ingeniørvidenskab.

Mikrosystemet består af to nøglekomponenter lavet af protein nanowires, der er et “grønt” elektronisk materiale, der er fornybart produceret. Det producerer ikke noget “e-afald”, og systemet er en skitse for fremtidige grønne elektronik produceret af bæredygtige biomaterialer.

Ifølge U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, der er ansvarlig for at finansiere projektet, producerer det et “selvforsynende mikrosystem”.

Tianda Fu er en ph.d.-studerende i Yaos gruppe og førsteforfatter.

“Det er en spændende start til at udforske muligheden for at inkorporere ‘levende’ funktioner i elektronik. Jeg ser frem til at se videreudviklede versioner,” siger Fu.

Tidligere Forskning

Holdet har allerede arbejdet på lignende forskning og projekter, med det seneste involverende opdagelsen af, at elektricitet kan genereres fra den omgivende miljø med en protein-nanowire-baseret Air Generator, der er en enhed, der kan kontinuerligt producere elektricitet i næsten alle miljøer.

Denne forskning blev offentliggjort i 2020 i Nature.

I 2020 fandt holdet ud, at protein nanowires kan bruges til at konstruere elektroniske enheder kaldet memristorer, der kan mimikere hjerneberegning og arbejde med ultralave elektriske signaler, der matcher biologiske signalamplituder.

“Nu sætter vi de to sammen,” siger Yao. “Vi laver mikrosystemer, hvor elektriciteten fra Air-Gen bruges til at drive sensorer og kredsløb konstrueret fra protein-nanowire memristorer. Nu kan det elektroniske mikrosystem få energi fra miljøet til at understøtte sansning og beregning uden behov for en ekstern energikilde (f.eks. batteri). Det har fuld energis.selvforsyning og intelligens, ligesom selvstændighed i en levende organisme.”

Systemet er lavet af protein nanowires, der er høstet fra bakterier, hvilket betyder, at det er miljøvenligt.

“Så, fra både funktion og materiale, laver vi et elektronisk system mere bio-lignende eller levende-lignende,” siger Yao.

Albena Ivanisevic er programleder for biotronics ved U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Arbejdet demonstrerer, at man kan fabrikere et selvforsynende intelligent mikrosystem,” siger Ivanisevic. “Holdet fra UMass har demonstreret brugen af kunstige neuroner i beregning. Det er særligt spændende, at protein-nanowire memristorerne viser stabilitet i en vandig miljø og er tilgængelige for yderligere funktionalisering. Yderligere funktionalisering lover ikke kun at øge deres stabilitet, men også udvide deres nytte for sensorer og nye kommunikationsmuligheder af betydning for hæren.”