「グリーン」インテリジェント・エレクトロニック・マイクロシステムは、自己自治型の生体のように動作する

マサチューセッツ大学アマースト校の研究者は、外部エネルギー入力なしに情報入力に知的に反応する自己自治型の生体のように動作する新しい電子マイクロシステムを開発しました。マイクロシステムを担当する新しいタイプの電子機器は、超低電圧の電子信号を処理し、周囲環境から「空気から」電気を生成することができるデバイスを組み込むことができます。

この研究は、Nature Communicationsに6月7日に発表されました。

タンパク質ナノワイヤ

研究を主導したジュン・ヤオは、電気電子工学の助教授であり、バイオメディカル工学の准教授でもあります。彼は、微生物学の著名教授であるデレク・R・ラブリーと共同で研究を行いました。

マイクロシステムは、2つの重要なコンポーネントで構成されており、タンパク質ナノワイヤから作られています。これは、「グリーン」電子材料であり、再生可能に生産されます。電子廃棄物を生成せず、システムは将来の「グリーン」電子機器のための持続可能なバイオマテリアルからの青写真となっています。

プロジェクトを資金提供した米国陸軍戦闘能力開発コマンド陸軍研究研究所によると、システムは「自己維持型マイクロシステム」を生成しています。

ティアンダ・フーはヤオのグループの大学院生であり、第一著者です。

「電子機器に『生体』のような特性を組み込むことができるかどうかを探るのは、興奮することです。さらに進化したバージョンを見てみたいと思います」とフーは述べました。

以前の研究

チームはすでに同様の研究とプロジェクトに取り組んでおり、最も最近のものは、タンパク質ナノワイヤーベースのエア・ジェネレーターを使用して、周囲環境から電気を生成できることが発見されたものです。これは、ほぼすべての環境で電気を継続的に生成できるデバイスです。

その研究は2020年にNatureに発表されました。

2020年にも、チームは発見したタンパク質ナノワイヤーは、電子デバイスであるメモリスタを構築するために使用でき、脳の計算を模倣し、生物学的信号振幅と一致する超低電圧の電気信号で動作することができます。

「今、私たちは2つを組み合わせます」とヤオは述べました。「エア・ジェンの電気を使用して、タンパク質ナノワイヤーメモリスタから構築されたセンサーと回路を駆動するマイクロシステムを作成します。マイクロシステムは、外部エネルギー源（例：バッテリー）を必要とせずに、環境からエネルギーを取得して感知と計算をサポートできるようになりました。完全なエネルギー自給自足と知能を持ち、自己自治型の生体と同様です。」

システムは、バクテリアから採取されたタンパク質ナノワイヤーで作られており、環境に優しいです。

「したがって、機能と材料の両方から、電子システムをより生体に近づけたり、生体のようなものにしたりしています」とヤオは述べました。

アルバナ・イヴァニセビッチは、米国陸軍戦闘能力開発コマンド陸軍研究研究所のバイオトロニクス・プログラム・マネージャーです。

「この研究は、自己維持型の知能マイクロシステムを構築することができることを示しています」とイヴァニセビッチは述べました。「マサチューセッツ大学のチームは、計算に人工ニューロンを使用することを実証しました。タンパク質ナノワイヤーメモリスタが水溶性環境で安定性を示し、さらに機能化できることは、特に興奮することです。追加の機能化は、安定性を高めるだけでなく、陸軍にとって重要なセンサーおよび新しい通信モダリティのユーティリティを拡大することを約束しています。」