‘그린’ 지능형 전자 마이크로시스템, 자율적 생명체와 같은 행동

매사추세츠 대학교 암허스트(University of Massachusetts Amherst)의 연구자들은 외부 에너지 입력 없이 정보 입력에 지능적으로 반응하는 자율적 생명체와 같은 새로운 전자 마이크로시스템을 개발했다. 이 마이크로시스템을 담당하는 새로운 유형의 전자 장치는 초저전력 전자 신호를 처리하고 대기 환경에서 “공중에서” 전기를 생성할 수 있는 장치를 포함한다.

이 연구는 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 에 6월 7일에 발표되었다.

단백질 나노와이어

연구를 이끈 준 야오(Jun Yao)는 전기 및 컴퓨터 공학(ECE) 조교수이자 생물 의학 공학 부교수이다. 그는 미생물학의 명예 교수인 데릭 러블리(Derek R. Lovely)와 함께 연구했다.

마이크로시스템은 재생 가능하게 생산되는 “그린” 전자 재료인 단백질 나노와이어로 구성된 두 가지 주요 구성 요소로 구성된다. 이것은 “이-waste”를 생성하지 않으며, 시스템은 지속 가능한 생물 재료로 만든 미래의 그린 전자 제품을 위한 청사진이다.

프로젝트를资助한 미국 육군 전투 능력 개발 사령부 육군 연구소(Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory)에 따르면, 이것은 “자체 지속 가능한 마이크로시스템”을 생산한다.

티안다 푸(Tianda Fu)는 야오의 그룹에서 대학원생이자 주요 저자이다.

“전자 제품에 ‘생명’ 기능을 통합하는 가능성을 탐색하기 시작하는 것이 흥미롭다. 더 발전된 버전을 기대하고 있다”고 푸는 말했다.

이전 연구

팀은 이미 유사한 연구와 프로젝트를 진행해 왔으며, 가장 최근에는 단백질 나노와이어 기반의 공기 생성기(Air Generator)를 사용하여 대기 환경에서 전기가 생성될 수 있다는 것을 발견했다. 이 장치는 거의 모든 환경에서 지속적으로 전기를 생성할 수 있다.

그 연구는 2020년에 네이처(Nature)에 발표되었다.

2020년에 팀은 발견했다 bahwa 단백질 나노와이어를 사용하여 전자 장치를 구성할 수 있으며, 이것은 뇌 계산을 모방하고 생물학적 신호 크기와 일치하는 초저전력 전기 신호와 함께 작동할 수 있다.

“이제 두 가지를 결합한다”고 야오는 말했다. “Air-Gen에서 전기를 사용하여 단백질 나노와이어 메미스터로 구성된 센서와 회로를 구동하는 마이크로시스템을 만든다. 이제 전자 마이크로시스템은 외부 에너지 소스(예: 배터리) 없이 감지와 계산을 지원하기 위해 환경에서 에너지를 얻을 수 있다. 그것은 완전한 에너지 자립성과 지능을 가지고 있으며, 살아있는 유기체의 자율성과 같다.”

시스템은 박테리아에서 수확한 단백질 나노와이어로 구성되므로 환경에友好하다.

“따라서 기능과 재료 모두에서 우리는 전자 시스템을 더 생명체와 같은 것으로 만들고 있다”고 야오는 말했다.

알베나 이바니세비치(Albena Ivanisevic)는 미국 육군 전투 능력 개발 사령부 육군 연구소의 바이오트로닉스 프로그램 매니저이다.

“작업은 자체 지속 가능한 지능형 마이크로시스템을 구축할 수 있음을 보여준다”고 이바니세비치는 말했다. “UMass의 팀은 계산에서 인공 신경 세포를 사용하는 것을 보여주었다. 단백질 나노와이어 메미스터가 수중 환경에서 안정성을 보이고 추가적으로 기능화될 수 있다는 것은 특히 흥미롭다. 추가적인 기능화는 안정성을 높이는 것뿐만 아니라 중요하게는 육군에게 중요하다고 여겨지는 센서 및 새로운 통신 방식의 유용성을 확대하는 것을 약속한다.”