Joustava, kannettava synaptinen transistori tekee robotti- ja kannettavista laitteista älykkäämmät

Pennsylvanian osavaltion insinöörit ovat kehittäneet joustavan, kannettavan synaptisen transistorin, joka voi tehdä roboteista ja kannettavista laitteista älykkäämmät. Tiimin kehittämä laite toimii aivojen hermosolmujen tavoin lähettämällä signaaleja joillekin soluille ja estämällä toisia soluja vahvistamaan ja heikentämään laitteiden muistia.

Tutkimuksen johti Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics ja apulaisprofessori biolääketieteellisessä insinööritieteessä ja materiaalitieteessä.

Tutkimus julkaistiin Nature Electronics -julkaisussa.

Synaptisen transistorin suunnittelu

Tiimi suunnitteli synaptisen transistorin integroimiseksi roboteihin tai kannettaviin laitteisiin, ja se voi käyttää tekoälyä optimoimaan toimintoja.

“Aivojen kaltaisesti, robotit ja kannettavat laitteet, jotka käyttävät synaptista transistoria, voivat käyttää sen tekoälyhermosoluja ‘oppimaan’ ja sopeutumaan käyttäytymiseensä”, Yu sanoi. “Esimerkiksi, jos poltamme kätemme liesissä, se sattuu, ja tiedämme välttämään koskettamasta sitä seuraavalla kerralla. Samat tulokset ovat mahdollisia laitteille, jotka käyttävät synaptista transistoria, koska tekoäly pystyy ‘oppimaan’ ja sopeutumaan ympäristöönsä.”

Aivojen jäljittäminen

Yu sanoo, että laitteen tekoälyhermosolut suunniteltiin toimimaan ventraalisen tegmentaalialueen hermosolujen tavoin, joka on pieni osa aivoista. Hermosolut käsittelevät ja lähettävät tietoa vapauttamalla hermoverkkotransmittereitä synapsiinsa, jotka sijaitsevat yleensä hermosolujen päissä. Ärsytyshermoverkkotransmitterit laukaisevat muiden hermosolujen toiminnan ja liittyvät muistin vahvistamiseen. Toisaalta, inhiboivat hermoverkkotransmitterit vähentävät muiden hermosolujen toimintaa, mikä tarkoittaa, että ne liittyvät muistin heikentämiseen.

“Toisin kuin aivojen muissa osissa, ventraalisen tegmentaalialueen hermosolut pystyvät vapauttamaan sekä ärsytys- että inhiboivia hermoverkkotransmittereitä samanaikaisesti”, Yu sanoi. “Suunnittelemalla synaptisen transistorin toimimaan molempien synaptisten käyttäytymisen mukaisesti, vähemmän transistoreita tarvitaan verrattuna perinteiseen integroidussa elektroniikassa, mikä yksinkertaa järjestelmän arkkitehtuuria ja sallii laitteen säästää energiaa.”

Tutkijat halusivat mallintaa pehmeitä, joustavia biologisia kudoksia, joten he käyttivät venyvää bilayer- puolijohteiden materiaalia laitteen valmistamiseen. Tämä mahdollisti laitteen venymisen ja kiertymisen käytön aikana. Mutta perinteiset transistorit olivat liian joustamattomia ja murtuivat, kun ne venytettiin.”

“Transistori on mekaanisesti muovautuva ja toiminnollisesti uudelleenmääriteltävissä, mutta se säilyttää toimintansa, kun se venytetään laajasti.” Yu sanoi. “Se voidaan kiinnittää robottiin tai kannettavaan laitteeseen sen uloimmaksi nahaksi.”