Strækbar, kropsbåren synaptisk transistor gør robotter klogere

Et hold ingeniører fra Penn State har udviklet en strækbar, bærbar synaptisk transistor, der kan gøre robotter og bærbare enheder klogere. Denne enhed, der er udviklet af holdet, fungerer som neuroner i hjernen, sender signaler til visse celler og hæmmer andre for at forbedre og svække enhedernes hukommelse. 

Forskningen blev ledet af Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics og lektor i biomedicinsk teknik samt materialevidenskab og materialeteknik. 

Forskningen blev offentliggjort i Nature Electronics. 

Design af den synaptiske transistor

Holdet designede den synaptiske transistor til at være integreret i robotter eller bærbare enheder, og den kan bruge kunstig intelligens (AI) til at optimere funktioner. 

“Som en spejling af hjernen, kan robotter og bærbare enheder, der bruger den synaptiske transistor, bruge dens kunstige neuroner til at ’lære’ og tilpasse deres adfærd,” sagde Yu. “For eksempel, hvis vi brænder vores hånd på et komfur, gør det ondt, og vi ved, at vi skal undgå at røre det næste gang. De samme resultater vil være mulige for enheder, der bruger den synaptiske transistor, da kunstig intelligens kan ’lære’ og tilpasse sig til sin omgivelse.” 

Som en spejling af hjernen 

Yu siger, at de kunstige neuroner i enheden blev designede til at fungere som neuroner i det ventrale tegmentale område, der er et lille segment af hjernen. Neuronerne behandler og transmitterer først information ved at frigive neurotransmittere ved deres synapser, der normalt er placeret ved neuralcellernes ender. Excitatoriske neurotransmittere udløser herefter aktiviteten af andre neuroner og er forbundet med at forbedre hukommelsen. På den anden side reducerer inhibitoriske neurotransmittere aktiviteten af andre neuroner, hvilket betyder, at de er forbundet med at svække hukommelsen. 

“I modsætning til alle andre områder af hjernen, er neuronerne i det ventrale tegmentale område i stand til at frigive både excitatoriske og inhibitoriske neurotransmittere på samme tid,” sagde Yu. “Ved at designe den synaptiske transistor til at fungere med begge synaptiske adfærder samtidigt, er færre transistorer nødvendige i forhold til konventionel integreret elektronikteknologi, hvilket simplificerer systemarkitekturen og tillader enheden at spare energi.” 

Forskerne ønskede at modellere bløde, strækbare biologiske væv, så de anvendte strækbare halvledermaterialer med to lag til at fabrikere enheden. Dette gjorde det muligt for den at strække og vride, mens den var i brug. Men de konventionelle transistorer var for stive og ville gå i stykker, når de blev deformeret.” 

“Transistoren er mekanisk deformerbar og funktionelt omkonfigurérbar, men beholder stadig sine funktioner, selv når den strækkes kraftigt.” Yu sagde. “Den kan være fastgjort til en robot eller en bærbar enhed for at fungere som deres yderste hud.”