מיקרו-מערכת אלקטרונית חכמה 'ירוקה' פועלת כמו אורגניזם חי אוטונומי עצמי

חוקרים מאוניברסיטת מסצ'וסטס אמהרסט פיתחו מיקרו-מערכת אלקטרונית חדשה שמתנהגת כמו אורגניזם חי אוטונומי על ידי תגובה חכמה לקלט מידע ללא קלט אנרגיה חיצוני. הסוג החדש של האלקטרוניקה האחראי על המיקרו-מערכת יכול לעבד אותות אלקטרוניים נמוכים במיוחד ולשלב התקן המסוגל לייצר חשמל "יש מהאוויר" מהסביבה הסביבה. 

המחקר הוצג ב תקשורת טבע ב- 7 ביוני. 

ננו-חוטי חלבון

ג'ון יאו, שהוביל את המחקר, הוא פרופסור עוזר להנדסת חשמל ומחשבים (ECE) ופרופסור עזר להנדסה ביו-רפואית. אליו הצטרף דרק ר. לאבלי, פרופסור מכובד במיקרוביולוגיה. 

המיקרו-מערכת מורכבת משני מרכיבים מרכזיים העשויים מננו-חוטי חלבון, שהם חומר אלקטרוני "ירוק" המיוצר באופן מתחדש. היא אינה מייצרת שום "פסולת אלקטרונית", והמערכת מהווה תוכנית אלקטרוניקה ירוקה עתידית העשויה מחומרים ביולוגיים ברי קיימא. 

לפי מעבדת המחקר של הצבא האמריקאי לפיתוח יכולות לחימה של צבא ארה"ב, האחראית על מימון הפרויקט, היא מייצרת "מיקרו-מערכת מתקיימת בעצמה".

טיאנדה פו היא סטודנטית לתואר שני בקבוצתו של יאו והסופרת הראשית. 

"זו התחלה מרגשת לחקור את ההיתכנות של שילוב תכונות 'חיות' באלקטרוניקה. אני מצפה לגרסאות מפותחות יותר", אמר פו. 

מחקר קודם

הצוות כבר עבד על מחקרים ופרויקטים דומים, כשהאחרון כלל את הגילוי שניתן להפיק חשמל מהסביבה הסביבתית באמצעות מחולל אוויר מבוסס ננו-חוטי חלבון, שהוא מכשיר שיכול לייצר חשמל ברציפות כמעט בכל סביבות. 

מחקר זה פורסם בשנת 2020 ב טבע.

גם בשנת 2020, הצוות מצא שניתן להשתמש בננו-חוטי חלבון לבניית מכשירים אלקטרוניים הנקראים ממריסטורים, שיכולים לחקות חישוב מוח ולעבוד עם אותות חשמליים נמוכים במיוחד התואמים את משרעות האות הביולוגי. 

"עכשיו אנחנו מחברים את השניים ביחד," אמר יאו. "אנחנו מייצרים מיקרו-מערכות שבהן נעשה שימוש בחשמל מ-Air-Gen להנעת חיישנים ומעגלים הבנויים ממריסטורים של חלבון-ננו-חוטים. כעת המיקרו-מערכת האלקטרונית יכולה לקבל אנרגיה מהסביבה כדי לתמוך בחישה ובחישוב ללא צורך במקור אנרגיה חיצוני (למשל סוללה). יש לו קיימות עצמית ואינטליגנציה מלאה באנרגיה, בדיוק כמו האוטונומיה העצמית באורגניזם חי." 

המערכת עשויה מננו-חוטי חלבון שנקטפו מחיידקים, כלומר היא ידידותית לסביבה. 

"אז, הן מהתפקוד והן מהחומר, אנחנו הופכים מערכת אלקטרונית ליותר דומה או חיה", אומר יאו. 

אלבנה איבנישביץ' היא מנהלת תוכנית הביוטרוניקה במעבדת המחקר של צבא ארה"ב לפיתוח יכולות לחימה. 

"העבודה מוכיחה שאפשר לייצר מיקרו-מערכת אינטליגנטית המתקיימת בעצמה", אמר איבניסביץ'. "הצוות מ-UMass הדגים את השימוש בנוירונים מלאכותיים בחישוב. זה מרגש במיוחד שהממריסטורים הננו-חוטיים של החלבון מראים יציבות בסביבה מימית וניתנים לפונקציונליזציה נוספת. פונקציונליזציה נוספת מבטיחה לא רק להגביר את היציבות שלהם, אלא גם להרחיב את התועלת שלהם עבור חיישנים ואופני תקשורת חדשניים בעלי חשיבות לצבא."