Ελαστικό, φορετό συναπτικό τρανζίστορ κάνει τη ρομποτική εξυπνότερη

Μια ομάδα μηχανικών του Πανεπιστημίου του Πεν Στέιτ έχει δημιουργήσει ένα ελαστικό, φορετό συναπτικό τρανζίστορ που μπορεί να κάνει τα ρομπότ και τις φορετές συσκευές πιο έξυπνα. Η συσκευή που αναπτύχθηκε από την ομάδα λειτουργεί όπως οι νευρώνες στο εγκέφαλο, στέλνοντας σήματα σε ορισμένα κύτταρα και αναστέλλοντας άλλα για να ενισχύσει και να αποδυναμώσει τις μνήμες των συσκευών.

Η έρευνα πραγματοποιήθηκε υπό την ηγεσία του Cunjiang Yu, κατόχου της θέσης Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor στις επιστήμες μηχανικού και τη μηχανική, καθώς και αναπληρωτή καθηγητή βιοϊατρικής μηχανικής και επιστήμης και μηχανικής υλικών.

Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο Nature Electronics.

Σχεδιασμός του Συνάπτικου Τρανζίστορ

Η ομάδα σχεδίασε το συνάπτικο τρανζίστορ για να ενσωματωθεί σε ρομπότ ή φορετές συσκευές και μπορεί να χρησιμοποιήσει τεχνητή νοημοσύνη (AI) για να βελτιώσει τις λειτουργίες.

«Αναπαράγοντας τον ανθρώπινο εγκέφαλο, τα ρομπότ και οι φορετές συσκευές που χρησιμοποιούν το συνάπτικο τρανζίστορ μπορούν να χρησιμοποιήσουν τους τεχνητούς νευρώνες για να «μάθουν» και να προσαρμόσουν τη συμπεριφορά τους», είπε ο Yu. «Για παράδειγμα, αν καούμε το χέρι μας σε μια σόμπα, πονάει και γνωρίζουμε να αποφεύγουμε να την αγγίξουμε την επόμενη φορά. Τα ίδια αποτελέσματα θα είναι δυνατά για τις συσκευές που χρησιμοποιούν το συνάπτικο τρανζίστορ, καθώς η τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να «μάθει» και να προσαρμοστεί στο περιβάλλον της.»

Αναπαράγοντας τον Ανθρώπινο Εγκέφαλο

Ο Yu λέει ότι οι τεχνητοί νευρώνες στη συσκευή σχεδιάστηκαν για να λειτουργούν όπως οι νευρώνες στην εγκεφαλική περιοχή του ventral tegmental, η οποία είναι ένα μικρό τμήμα του ανθρώπινου εγκεφάλου. Οι νευρώνες πρώτα επεξεργάζονται και μεταδίδουν πληροφορίες απελευθερώνοντας νευροδιαβιβαστές στις συνάψεις τους, οι οποίες βρίσκονται συνήθως στα άκρα των νευρικών κυττάρων. Οι διεγερτικοί νευροδιαβιβαστές ενεργοποιούν τη δραστηριότητα άλλων νευρώνων και συνδέονται με την ενίσχυση των μνημών. Από την άλλη πλευρά, οι ανασταλτικοί νευροδιαβιβαστές μειώνουν τη δραστηριότητα άλλων νευρώνων, που σημαίνει ότι συνδέονται με την αποδυνάμωση των μνημών.

«Σε αντίθεση με όλες τις άλλες περιοχές του εγκεφάλου, οι νευρώνες στην εγκεφαλική περιοχή του ventral tegmental είναι ικανοί να απελευθερώσουν τόσο διεγερτικούς όσο και ανασταλτικούς νευροδιαβιβαστές ταυτόχρονα», είπε ο Yu. «Σχεδιάζοντας το συνάπτικο τρανζίστορ για να λειτουργήσει με και τις δύο συνάπτικες συμπεριφορές ταυτόχρονα, χρειάζονται λιγότεροι τρανζίστορ σε σύγκριση με την παραδοσιακή τεχνολογία ολοκληρωμένων ηλεκτρονικών, που απλοποιεί την αρχιτεκτονική του συστήματος και επιτρέπει στη συσκευή να συντηρεί ενέργεια.»

Οι ερευνητές ήθελαν να μοντελοποιήσουν μαλακούς, ελαστικούς βιολογικούς ιστούς, οπότε βασίστηκαν σε ελαστικά υλικά ημιαγωγών δύο στρωμάτων για να κατασκευάσουν τη συσκευή. Αυτό της επέτρεψε να εκτείνεται και να στρίβει ενώ ήταν σε χρήση. Αλλά οι παραδοσιακοί τρανζίστορ ήταν πολύ σκληροί και θα σπάζανε όταν παραμορφώνονταν.»

«Ο τρανζίστορ είναι μηχανικά παραμορφώσιμος και λειτουργικά αναμορφώσιμος, ενώ vẫn διατηρεί τις λειτουργίες του όταν εκτείνεται εκτενώς», είπε ο Yu. «Μπορεί να προσαρμοστεί σε ένα ρομπότ ή μια φορετή συσκευή για να χρησιμεύσει ως το εξωτερικό δέρμα τους.»