Έξυπνο Ηλεκτρονικό Μικροσύστημα Τύπου “Πράσινο” Λειτουργεί Όπως Αυτονομία Ζωντανού Οργανισμού

Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μασαχουσέττης Αμχέρστ έχουν αναπτύξει ένα νέο ηλεκτρονικό μικροσύστημα που λειτουργεί σαν αυτονομία ζωντανού οργανισμού, απαντώντας με ευφυΐα σε είσοδο πληροφοριών χωρίς εξωτερική ενεργειακή εισροή. Ο νέος τύπος ηλεκτρονικής που ευθύνεται για το μικροσύστημα μπορεί να επεξεργαστεί υπερχαμηλά ηλεκτρονικά σήματα και να ενσωματώσει μια συσκευή που μπορεί να παράγει ηλεκτρικό ρεύμα “από το πουθενά” από το περιβάλλον.

Η έρευνα παρουσιάστηκε στο Nature Communications στις 7 Ιουνίου.

Νανόσυρματα Πρωτεϊνών

Ο Jun Yao, ο οποίος ηγήθηκε της έρευνας, είναι βοηθός καθηγητής ηλεκτρολογικής και υπολογιστικής μηχανικής (ECE) και επίκουρος καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής.

Το μικροσύστημα αποτελείται από δύο βασικά συστατικά που κατασκευάζονται από νανόσυρματα πρωτεϊνών, τα οποία είναι ένα “πράσινο” ηλεκτρονικό υλικό που παράγεται ανανεώσιμα. Δεν παράγει aucun “ηλεκτρονικό απόβλητο” και το σύστημα είναι ένα σχέδιο για μελλοντικά “πράσινα” ηλεκτρονικά κατασκευασμένα από βιώσιμα βιοϋλικά.

Σύμφωνα με το U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, υπεύθυνο για τη χρηματοδότηση του έργου, παράγει ένα “αυτοσυντηρούμενο μικροσύστημα”.

Ο Tianda Fu είναι μεταπτυχιακός φοιτητής στην ομάδα του Yao και πρώτος συγγραφέας.

“Είναι ένα ενθουσιαστικό ξεκίνημα για να εξερευνήσουμε τη δυνατότητα ενσωμάτωσης “ζωντανών” χαρακτηριστικών στα ηλεκτρονικά. Περιμένω με ενδιαφέρον τις μελλοντικές εξελιγμένες εκδόσεις,” είπε ο Fu.

Προηγούμενη Έρευνα

Η ομάδα έχει ήδη εργαστεί σε παρόμοιες έρευνες και έργα, με το πιο πρόσφατο να αφορά την ανακάλυψη ότι η ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί από το περιβάλλον με ένα νανόσυρμα-πρωτεϊνών-βασισμένο Air Generator, το οποίο είναι μια συσκευή που μπορεί να παράγει συνεχώς ηλεκτρικό ρεύμα σε σχεδόν όλα τα περιβάλλοντα.

Αυτή η έρευνα δημοσιεύθηκε το 2020 στοNature.

Το 2020, η ομάδαβρήκε ότι τα νανόσυρματα πρωτεϊνών μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών που ονομάζονται memristors, οι οποίες μπορούν να μιμηθούν την υπολογιστική λειτουργία του εγκεφάλου και να λειτουργούν με υπερχαμηλά ηλεκτρικά σήματα που ταιριάζουν με τις βιολογικές σήματα.

“Τώρα τα ενώνουμε τα δύο,” είπε ο Yao. “Κατασκευάζουμε μικροσυστήματα στα οποία η ηλεκτρική ενέργεια από το Air-Gen χρησιμοποιείται για να οδηγήσει αισθητήρες και κυκλώματα που κατασκευάζονται από νανόσυρματα-πρωτεϊνών-memristors. Τώρα το ηλεκτρονικό μικροσύστημα μπορεί να λάβει ενέργεια από το περιβάλλον για να υποστηρίξει την αίσθηση και τον υπολογισμό χωρίς την ανάγκη εξωτερικής ενεργειακής πηγής (π.χ. μπαταρία). Έχει πλήρη αυτονομία ενέργειας και ευφυΐα, όπως και η αυτονομία σε ένα ζωντανό οργανισμό.”

Το σύστημα κατασκευάζεται από νανόσυρματα πρωτεϊνών που收γάζονται από βακτήρια, που σημαίνει ότι είναι φιλικό προς το περιβάλλον.

“Έτσι, από τη λειτουργία και το υλικό, κατασκευάζουμε ένα ηλεκτρονικό σύστημα που είναι περισσότερο βιο-όμοιο ή ζωντανό-όμοιο,” λέει ο Yao.

Η Albena Ivanisevic είναι ο διαχειριστής του προγράμματος βιοηλεκτρονικής στο U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Η εργασία αποδεικνύει ότι μπορείτε να κατασκευάσετε ένα αυτοσυντηρούμενο έξυπνο μικροσύστημα,” είπε η Ivanisevic. “Η ομάδα από το UMass έχει αποδείξει τη χρήση τεχνητών νευρώνων στον υπολογισμό. Είναι ιδιαίτερα ενθουσιαστικό ότι τα νανόσυρματα-πρωτεϊνών-memristors δείχνουν σταθερότητα σε υγρό περιβάλλον και είναι δυνατό να υποβληθούν σε περαιτέρω λειτουργική ενίσχυση. Η πρόσθετη λειτουργική ενίσχυση όχι μόνο υπόσχεται να αυξήσει τη σταθερότητά τους, αλλά και να επεκτείνει τη χρησιμότητά τους για αισθητήρες και νέες μεθόδους επικοινωνίας που είναι σημαντικές για τον Στρατό.”