‘Intelligente’ Microsistema Elettronico Verde Agisce Come Un Organismo Vivente Autonomo

I ricercatori dell’Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un nuovo microsistema elettronico che agisce come un organismo vivente autonomo rispondendo intelligentemente a input di informazioni senza l’apporto di energia esterna. Il nuovo tipo di elettronica responsabile del microsistema può elaborare segnali elettronici ultrabassi e incorporare un dispositivo in grado di generare elettricità “dal nulla” dall’ambiente circostante.

La ricerca è stata presentata su Nature Communications il 7 giugno.

Nanofili di Proteine

Jun Yao, che ha guidato la ricerca, è un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica (ECE) e un professore aggiunto di ingegneria biomedica.

Il microsistema consiste di due componenti chiave realizzati con nanofili di proteine, che sono un materiale elettronico “verde” prodotto in modo rinnovabile. Non produce “rifiuti elettronici” e il sistema è un modello per future elettroniche verdi realizzate con materiali biologici sostenibili.

Secondo il Comando di Sviluppo delle Capacità di Combattimento dell’Esercito degli Stati Uniti, responsabile del finanziamento del progetto, si tratta di un “microsistema autosufficiente”.

Tianda Fu è uno studente di dottorato nel gruppo di Yao e autore principale.

“È un inizio emozionante per esplorare la fattibilità di incorporare caratteristiche ‘viventi’ nelle elettroniche. Sono ansioso di vedere versioni future evolute,” ha detto Fu.

Ricerca Precedente

Il team ha già lavorato su ricerche e progetti simili, con l’ultimo che coinvolge la scoperta che l’elettricità può essere generata dall’ambiente circostante con un Generatore di Aria a base di nanofili di proteine, che è un dispositivo in grado di produrre continuamente elettricità in quasi tutti gli ambienti.

Quella ricerca è stata pubblicata nel 2020 su Nature.

Sempre nel 2020, il team ha scoperto che le nanofili di proteine possono essere utilizzate per costruire dispositivi elettronici chiamati memristori, che possono mimare il calcolo del cervello e lavorare con segnali elettrici ultrabassi che corrispondono alle ampiezze dei segnali biologici.

“Ora uniamo i due,” ha detto Yao. “Creiamo microsistemi in cui l’elettricità da Air-Gen viene utilizzata per alimentare sensori e circuiti costruiti con memristori a base di nanofili di proteine. Ora il microsistema elettronico può ottenere energia dall’ambiente per supportare il sensing e il calcolo senza la necessità di una fonte di energia esterna (ad esempio una batteria). Ha una piena autosufficienza energetica e intelligenza, proprio come l’autonomia in un organismo vivente.”

Il sistema è realizzato con nanofili di proteine raccolte da batteri, il che significa che è ecocompatibile.

“Quindi, sia per funzione che per materiale, stiamo creando un sistema elettronico più simile a un organismo vivente,” dice Yao.

Albena Ivanisevic è il responsabile del programma di biotronics presso il Comando di Sviluppo delle Capacità di Combattimento dell’Esercito degli Stati Uniti.

“Il lavoro dimostra che è possibile costruire un microsistema intelligente autosufficiente,” ha detto Ivanisevic. “Il team del Massachusetts ha dimostrato l’uso di neuroni artificiali nel calcolo. È particolarmente emozionante che i memristori a base di nanofili di proteine mostrino stabilità in ambiente acquoso e siano suscettibili di ulteriore funzionalizzazione. Un’ulteriore funzionalizzazione non solo promette di aumentare la loro stabilità, ma anche di espandere la loro utilità per sensori e modalità di comunicazione innovative di importanza per l’Esercito.”