ストレッチ可能なウェアラブルシナプス・トランジスターがロボティクスを賢くする

ペンシルベニア州立大学のエンジニアチームは、ロボティクスとウェアラブルデバイスを賢くすることができるストレッチ可能なウェアラブルシナプス・トランジスターを開発しました。チームによって開発されたデバイスは、脳のニューロンと同様に動作し、シグナルを一部の細胞に送信し、他の細胞を抑制して、デバイスの記憶を強化および弱化します。

この研究は、カンジャン・ユー氏によって率いられました。ユー氏は、ペンシルベニア州立大学のエンジニアリング科学とメカニクスのドロシー・クイグル・キャリア・デベロップメント・アソシエイト・プロフェッサーであり、バイオメディカル・エンジニアリングと材料科学・エンジニアリングの准教授でもあります。

この研究は、Nature Electronicsに掲載されました。

シナプス・トランジスターの設計

チームは、ロボットまたはウェアラブルデバイスに統合できるシナプス・トランジスターを設計しました。このトランジスターは、人工知能（AI）を使用して機能を最適化できます。

「人間の脳を模倣して、シナプス・トランジスターを使用するロボットとウェアラブルデバイスは、人工ニューロンを使用して『学習』し、動作を適応させることができます」とユー氏は述べました。「たとえば、ストーブに手を触れて火傷をすると、痛くて、次回は触れないようにします。シナプス・トランジスターを使用するデバイスも、同じ結果を得ることができます。人工知能は環境に『学習』し、適応することができます。」

人間の脳を模倣する

ユー氏によると、デバイスの人工ニューロンは、人間の脳のベントラル・テグメンタル・エリアと同様に動作するように設計されました。ニューロンは、シナプスで神経伝達物質を放出して情報を処理および伝達します。興奮性神経伝達物質は、他のニューロンの活動を誘発し、記憶を強化するのに関連しています。一方、抑制性神経伝達物質は、他のニューロンの活動を減らし、記憶を弱化するのに関連しています。

「人間の脳の他の領域とは異なり、ベントラル・テグメンタル・エリアのニューロンは、同時に興奮性および抑制性神経伝達物質を放出することができます」とユー氏は述べました。「シナプス・トランジスターを、同時に両方のシナプス動作で動作するように設計することで、従来の集積回路技術よりもトランジスターの数を減らすことができ、システムアーキテクチャが簡素化され、エネルギーを節約することができます。」

研究者たちは、柔軟な生体組織を模倣しようとし、伸縮性のある二層半導体材料を使用してデバイスを製造しました。これにより、デバイスは使用中に伸縮およびねじれることができます。しかし、従来のトランジスターは刚性で、変形すると破損しました。」

「トランジスターは、機械的に変形可能であり、機能的に再構成可能ですが、広範囲に伸縮しても機能を維持します」とユー氏は述べました。「ロボットまたはウェアラブルデバイスに接続して、最も外側の皮膚として機能させることができます。」