Dehnbarer, tragbarer Synapsentransistor macht Robotik intelligenter

Ein Team von Ingenieuren der Penn State Universität hat einen dehnbaren, tragbaren Synapsentransistor entwickelt, der die Robotik und tragbaren Geräte intelligenter machen könnte. Das von dem Team entwickelte Gerät funktioniert wie Neuronen im Gehirn, indem es Signale an einige Zellen sendet und andere hemmt, um die Erinnerungen der Geräte zu stärken und zu schwächen.

Die Forschung wurde von Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics und Associate Professor of Biomedical Engineering und Materials Science and Engineering, geleitet.

Die Forschung wurde in Nature Electronics veröffentlicht.

Entwicklung des Synapsentransistors

Das Team entwickelte den Synapsentransistor, um ihn in Roboter oder tragbare Geräte zu integrieren, und er kann künstliche Intelligenz (KI) verwenden, um Funktionen zu optimieren.

“Indem wir das menschliche Gehirn nachahmen, können Roboter und tragbare Geräte, die den Synapsentransistor verwenden, seine künstlichen Neuronen verwenden, um ‘zu lernen’ und ihr Verhalten anzupassen”, sagte Yu. “Wenn wir uns zum Beispiel die Hand an einem Herd verbrennen, tut es weh, und wir wissen, dass wir sie das nächste Mal nicht berühren sollten. Ähnliche Ergebnisse werden für Geräte möglich sein, die den Synapsentransistor verwenden, da die künstliche Intelligenz ‘lernen’ und sich an ihre Umgebung anpassen kann.”

Nachahmung des menschlichen Gehirns

Yu sagt, dass die künstlichen Neuronen im Gerät so entwickelt wurden, dass sie wie Neuronen im ventralen tegmentalen Bereich funktionieren, der ein kleiner Abschnitt des menschlichen Gehirns ist. Neuronen verarbeiten und übertragen Informationen zunächst, indem sie Neurotransmitter an ihren Synapsen freisetzen, die normalerweise am Ende der neuronalen Zellen liegen. Exzitatorische Neurotransmitter lösen dann die Aktivität anderer Neuronen aus und sind mit der Stärkung von Erinnerungen verbunden. Andererseits reduzieren inhibitorische Neurotransmitter die Aktivität anderer Neuronen, was bedeutet, dass sie mit der Schwächung von Erinnerungen verbunden sind.

“Im Gegensatz zu allen anderen Bereichen des Gehirns sind Neuronen im ventralen tegmentalen Bereich in der Lage, sowohl exzitatorische als auch inhibitorische Neurotransmitter gleichzeitig freizusetzen”, sagte Yu. “Indem wir den Synapsentransistor so entwickelt haben, dass er mit beiden synaptischen Verhaltensweisen gleichzeitig arbeitet, werden weniger Transistoren benötigt im Vergleich zu herkömmlicher integrierter Elektroniktechnologie, was die Systemarchitektur vereinfacht und ermöglicht, dass das Gerät Energie spart.”

Die Forscher wollten weiche, dehnbare biologische Gewebe nachahmen, daher verließen sie sich auf dehnbare Bilayers-Halbleitermaterialien, um das Gerät herzustellen. Dies ermöglichte es, sich zu dehnen und zu drehen, während es in Betrieb war. Aber die herkömmlichen Transistoren waren zu starr und brachen, wenn sie deformiert wurden.”

“Der Transistor ist mechanisch verformbar und funktional rekonfigurierbar, behält jedoch seine Funktionen bei, wenn er stark gedehnt wird.” Yu sagte. “Er kann an einen Roboter oder ein tragbares Gerät angebracht werden, um als ihre äußerste Haut zu dienen.”