‘Hijau’ Mikrosistem Elektronik Cerdas Berfungsi Seperti Organisme Hidup Mandiri

Peneliti di University of Massachusetts Amherst telah mengembangkan mikrosistem elektronik baru yang berfungsi seperti organisme hidup mandiri dengan merespons informasi input secara cerdas tanpa memerlukan energi eksternal. Jenis elektronik baru yang bertanggung jawab atas mikrosistem ini dapat memproses sinyal elektronik ultra-rendah dan mengintegrasikan perangkat yang dapat menghasilkan listrik “dari udara” dari lingkungan sekitar.

Penelitian ini dipresentasikan di Nature Communications pada tanggal 7 Juni.

Nanokawat Protein

Jun Yao, yang memimpin penelitian ini, adalah asisten profesor di bidang teknik elektro dan komputer (ECE) dan profesor tambahan di bidang teknik biomedis. Ia bergabung dengan Derek R. Lovely, seorang Profesor Terkemuka di bidang mikrobiologi.

Mikrosistem ini terdiri dari dua komponen kunci yang terbuat dari nanokawat protein, yang merupakan bahan elektronik “hijau” yang diproduksi secara terbarukan. Tidak ada “e-sampah” yang dihasilkan, dan sistem ini merupakan blueprint untuk elektronik “hijau” masa depan yang terbuat dari bahan biomaterial yang berkelanjutan.

Menurut U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, yang bertanggung jawab atas pendanaan proyek ini, mereka sedang menghasilkan “mikrosistem mandiri”.

Tianda Fu adalah seorang mahasiswa pascasarjana di kelompok Yao dan penulis utama.

“Ini adalah awal yang menarik untuk mengeksplorasi kemungkinan mengintegrasikan fitur ‘hidup’ dalam elektronik. Saya berharap dapat melihat versi yang lebih berkembang,” kata Fu.

Penelitian Sebelumnya

Tim peneliti telah bekerja pada penelitian serupa dan proyek sebelumnya, dengan penelitian terbaru melibatkan penemuan bahwa listrik dapat dihasilkan dari lingkungan sekitar dengan menggunakan Air Generator berbasis nanokawat protein, yang merupakan perangkat yang dapat menghasilkan listrik secara terus-menerus di hampir semua lingkungan.

Penelitian tersebut dipublikasikan pada tahun 2020 di Nature.

Juga pada tahun 2020, tim menemukan bahwa nanokawat protein dapat digunakan untuk membangun perangkat elektronik yang disebut memristor, yang dapat meniru komputasi otak dan bekerja dengan sinyal listrik ultra-rendah yang sesuai dengan amplitudo sinyal biologis.

“Sekarang kita menggabungkan keduanya,” kata Yao. “Kita membuat mikrosistem di mana listrik dari Air-Gen digunakan untuk menggerakkan sensor dan sirkuit yang dibangun dari memristor nanokawat protein. Sekarang mikrosistem elektronik dapat mendapatkan energi dari lingkungan untuk mendukung penginderaan dan komputasi tanpa memerlukan sumber energi eksternal (misalnya baterai). Ini memiliki keberlanjutan energi penuh dan kecerdasan, seperti halnya autonomi dalam organisme hidup.”

Sistem ini terbuat dari nanokawat protein yang dipanen dari bakteri, yang berarti sistem ini ramah lingkungan.

“Jadi, dari fungsi dan bahan, kita membuat sistem elektronik yang lebih bio-alike atau hidup-alike,” kata Yao.

Albena Ivanisevic adalah manajer program biotronik di U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Kerja ini menunjukkan bahwa kita dapat memfabrikasi mikrosistem cerdas mandiri,” kata Ivanisevic. “Tim dari UMass telah menunjukkan penggunaan neuron buatan dalam komputasi. Ini sangat menarik bahwa memristor nanokawat protein menunjukkan stabilitas dalam lingkungan air dan dapat difungsikan lebih lanjut. Fungsionalisasi tambahan tidak hanya berjanji untuk meningkatkan stabilitasnya tetapi juga memperluas utilitasnya untuk sensor dan modalitas komunikasi baru yang penting bagi Angkatan Darat.”