Venyvä, puettava synaptinen transistori tekee robotiikasta älykkäämpää

Penn State -yliopiston insinöörit ovat kehittäneet joustavan, puettavan synaptisen transistorin, joka voi tehdä roboteista ja puettavista laitteista älykkäämmät. Tiimin kehittämä laite toimii aivojen hermosolujen tavoin lähettämällä signaaleja joillekin soluille ja estämällä toisia, jotta laitteiden muistia voidaan vahvistaa ja heikentää.

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 puettaviin laitteisiin, ja se voi käyttää tekoälyä optimoimaan toimintoja.

“Aivojen kaltaisesti, robotit ja puettavat laitteet, jotka käyttävät synaptista transistoria, voivat käyttää sen keinotekoisia hermosoluja ‘oppimaan’ ja mukauttamaan käyttäytymistään”, 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.”

Ihmisaivojen toiminnan jäljitteleminen

Yu sanoo, että laitteen keinotekoiset hermosolut suunniteltiin toimimaan ventraalisen tegmentaalialueen hermosolujen tavoin, joka on pieni osa aivoista. Hermosolut käsittelevät ja lähettävät tietoa vapauttamalla välittäjäaineita synapsiinsa, jotka sijaitsevat yleensä hermosolujen päissä. Kiihdyttävät välittäjäaineet laukaisevat muiden hermosolujen toiminnan ja liittyvät muistin vahvistamiseen. Toisaalta, estävät välittäjäaineet vähentävät muiden hermosolujen toimintaa, mikä tarkoittaa, että ne liittyvät muistin heikentämiseen.

“Toisin kuin aivojen muissa osissa, ventraalisen tegmentaalialueen hermosolut pystyvät vapauttamaan sekä kiihdyttäviä että estäviä välittäjäaineita samanaikaisesti”, Yu sanoi. “Suunnittelemalla synaptisen transistorin toimimaan molemmilla synaptisilla toimintatavoilla samanaikaisesti, vähemmän transistoreita tarvitaan verrattuna perinteiseen integroituun elektroniikkateknologiaan, mikä yksinkertaa järjestelmän arkkitehtuuria ja sallii laitteen säästää energiaa.”

Tutkijat halusivat mallintaa pehmeitä, joustavia biologisia kudoksia, joten he käyttivät venyviä kaksikerroksisia puolijohdemateriaaleja 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 puettavaan laitteeseen sen uloimmaksi nahaksi.”