‘Vihreä’ Älykäs Elektroninen Mikrosysteemi Toimii Kuin Itsenäinen Elävä Olento

Massachusettsin Amherstin yliopiston tutkijat ovat kehittäneet uuden elektronisen mikrosysteemin, joka toimii kuin itsenäinen elävä olento vastaanottaessaan tietoa ilman ulkoista energiaa. Uudenlaiset elektroniikka, joka vastaa mikrosysteemistä, voi prosessoida erittäin alhaisia sähköisiä signaaleja ja sisältää laitteen, joka voi tuottaa sähköä “ilman mitään” ympäristöstä.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -julkaisussa 7. kesäkuuta.

Proteiininanorakenteet

Tutkimusta johti Jun Yao, joka on apulaisprofessori sähkö- ja tietoliikenneinsinööritieteessä (ECE) ja apulaisprofessori biolääketieteellisessä insinööritieteessä. Hänen kanssaan työskenteli Derek R. Lovely, joka on arvostettu professori mikrobiologian alalla.

Mikrosysteemi koostuu kahdesta pääkomponentista, jotka valmistetaan proteiininanorakenteista, jotka ovat “vihreä” elektroniikkamateriaali, jota voidaan tuottaa uudelleen. Se ei tuota “sähköjätettä”, ja järjestelmä on suunnitelma tuleville vihreille elektroniikoille, jotka valmistetaan kestävistä biomateriaaleista.

Yhdysvaltain armeijan taistelukykyjen kehittämiskomentajan tutkimuslaboratorio, joka rahoitti hanketta, on tuottanut “itsestään ylläpidettävän mikrosysteemin”.

Tianda Fu on Yao:n ryhmän jatko-opiskelija ja tutkimuksen ensisijainen tekijä.

“On jännittävää aloittaa tutkimus siitä, miten “elävien” ominaisuuksien sisällyttäminen elektroniikkaan on mahdollista. Odotan innostuneena tulevia kehitysversioita”, Fu sanoi.

Aikaisempi Tutkimus

Tutkijaryhmä on jo aiemmin työskennellyt samankaltaisissa tutkimuksissa ja projekteissa, joista viimeisimmässä havaittiin, että sähköä voidaan tuottaa ympäristöstä proteiininanorakenteiden avulla, joita voidaan käyttää ilman generaattorina, joka on laite, joka voi jatkuvasti tuottaa sähköä lähes kaikissa ympäristöissä.

Tutkimus julkaistiin vuonna 2020 Nature-julkaisussa.

Vuonna 2020 tutkijaryhmä löysi, että proteiininanorakenteita voidaan käyttää elektronisten laitteiden, kuten memristorien, rakentamiseen, jotka voivat jäljitellä aivojen laskentaa ja toimia ultramatalilla sähköisillä signaaleilla, jotka vastaavat biologisia signaali-amplitudoja.

“Nyt yhdistämme nämä kaksi”, Yao sanoi. “Rakennamme mikrosysteemejä, joissa ilman generaattorista saatava sähkö käytetään aistimien ja piirien ohjaamiseen, jotka on rakennettu proteiininanorakenteisten memristorien avulla. Nyt elektroninen mikrosysteemi voi hankkia energiansa ympäristöstä tukemaan aistimista ja laskentaa ilman ulkoista energia-lähdettä (esim. paristoa). Se on täysin energiasta itsestään riippuvainen ja älykäs, aivan kuin itsenäisessä elävässä olennossa.”

Järjestelmä valmistetaan bakteerista saatavista proteiininanorakenteista, mikä tekee siitä ympäristöystävällisen.

“Niin, sekä toiminnoltaan että materiaalilta, teemme elektronisen järjestelmän, joka on enemmän bioalusta tai elämänkaltaista”, Yao sanoo.

Albena Ivanisevic on biotronics-ohjelman johtaja Yhdysvaltain armeijan taistelukykyjen kehittämiskommandon tutkimuslaboratoriossa.

“Tutkimus osoittaa, että voidaan valmistaa itsenäinen älykäs mikrosysteemi”, Ivanisevic sanoi. “UMass:n tutkijaryhmä on osoittanut, että voidaan käyttää keinotekoisia hermosoluja laskennassa. On erityisen jännittävää, että proteiininanorakenteisten memristorien on havaittu olevan stabiileja vesiympäristössä ja ne voidaan toimittaa edelleen. Lisätoimintojen ansiosta voidaan lisätä niiden stabiilisuutta ja laajentaa niiden soveltamista aistimis- ja uusille viestintätavoille, jotka ovat tärkeitä armeijalle.”