Rekbaar, draagbaar synaptisch transistor maakt robots slimmer

Een team van ingenieurs van de Penn State-universiteit heeft een rekbaar, draagbaar synaptisch transistor ontwikkeld dat robots en draagbare apparaten slimmer kan maken. Het door het team ontwikkelde apparaat werkt als neuronen in de hersenen, waarbij signalen naar sommige cellen worden gestuurd en andere cellen worden geremd om de herinneringen van de apparaten te versterken en te verzwakken. 

Het onderzoek werd geleid door Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics en associate professor of biomedical engineering en van materials science and engineering. 

Het onderzoek werd gepubliceerd in Nature Electronics. 

Ontwerp van de synaptische transistor

Het team ontwierp de synaptische transistor om te worden geïntegreerd in robots of draagbare apparaten, en het kan kunstmatige intelligentie (AI) gebruiken om functies te optimaliseren. 

“Door de menselijke hersenen na te bootsen, kunnen robots en draagbare apparaten die de synaptische transistor gebruiken, kunstmatige neuronen gebruiken om ‘te leren’ en hun gedrag aan te passen,” zei Yu. “Als we onze hand op een fornuis branden, doet het pijn en weten we dat we het de volgende keer moeten vermijden. Hetzelfde resultaat is mogelijk voor apparaten die de synaptische transistor gebruiken, omdat kunstmatige intelligentie kan ‘leren’ en zich aanpassen aan de omgeving.” 

Nabootsing van de menselijke hersenen 

Yu zegt dat de kunstmatige neuronen in het apparaat zijn ontworpen om te functioneren als neuronen in het ventrale tegmentale gebied, dat een klein deel van de menselijke hersenen is. Neuronen verwerken en verzenden informatie door neurotransmitters vrij te geven bij hun synapsen, die meestal aan het einde van de neuronen zijn gelegen. Excitatoire neurotransmitters activeren de activiteit van andere neuronen en zijn geassocieerd met het versterken van herinneringen. Inhibitorische neurotransmitters verminderen de activiteit van andere neuronen, wat betekent dat ze geassocieerd zijn met het verzwakken van herinneringen. 

“In tegenstelling tot alle andere delen van de hersenen, kunnen neuronen in het ventrale tegmentale gebied zowel excitatoire als inhibitorische neurotransmitters tegelijkertijd vrijgeven,” zei Yu. “Door de synaptische transistor te ontwerpen om met beide synaptische gedragingen tegelijkertijd te werken, zijn minder transistors nodig in vergelijking met conventionele geïntegreerde elektronica, wat de systeemarchitectuur vereenvoudigt en het apparaat in staat stelt om energie te besparen.” 

De onderzoekers wilden zachte, rekbaar biologische weefsels modelleren, dus ze gebruikten rekbaar bilayer-semiconductormaterialen om het apparaat te fabriceren. Dit stelde het in staat om te rekken en te draaien tijdens het gebruik. Maar de conventionele transistors waren te stijf en zouden breken wanneer ze werden vervormd.” 

“De transistor is mechanisch vervormbaar en functioneel herconfigureerbaar, maar behoudt nog steeds zijn functies wanneer hij uitgebreid wordt uitgerekt.” Yu zei. “Het kan worden bevestigd aan een robot of draagbaar apparaat om als hun buitenste huid te dienen.”