‘Grønn’ Intelligente Elektronisk Mikrosystem Fungerer Som Selvstendig Levende Organisme

Forskere ved University of Massachusetts Amherst har utviklet et nytt elektronisk mikrosystem som fungerer som en selvstendig levende organisme ved å inteligent reagere på informasjonsinntak uten ekstern energitilførsel. Den nye typen elektronikk som er ansvarlig for mikrosystemet kan prosessere ultralave elektroniske signaler og innlemme en enhet som kan generere elektrisitet “ut av thin air” fra den omgivende miljøet.

Forskningen ble presentert i Nature Communications den 7. juni.

Protein Nanotråder

Jun Yao, som ledet forskningen, er en assistentprofessor i elektro- og datateknikk (ECE) og en adjunktprofessor i biomedisinsk ingeniørvitenskap. Han ble ledsaget av Derek R. Lovely, en merittert professor i mikrobiologi.

Mikrosystemet består av to nøkkelkomponenter laget av protein nanotråder, som er et “grønt” elektronisk materiale som er fornybart produsert. Det produserer ikke noen “e-avfall”, og systemet er en mal for fremtidige grønne elektronikk laget av bærekraftige biomaterialer.

Ifølge U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, som er ansvarlig for å finansiere prosjektet, produserer det en “selvbærende mikrosystem”.

Tianda Fu er en doktorgradsstudent i Yaos gruppe og hovedforfatter.

“Det er en spennende start til å utforske muligheten for å inkorporere ‘levende’ egenskaper i elektronikk. Jeg ser frem til å se videreutviklede versjoner,” sa Fu.

Tidligere Forskning

Teamet har allerede arbeidet med lignende forskning og prosjekter, med det siste som involverer oppdagelsen av at elektrisitet kan genereres fra den omgivende miljøet med en protein-nanotråd-basert Air Generator, som er en enhet som kan kontinuerlig produsere elektrisitet i nesten alle miljøer.

Denne forskningen ble publisert i 2020 i Nature.

I 2020 fant teamet også at protein nanotråder kan brukes til å konstruere elektroniske enheter kalt memristorer, som kan mime hjernecomputering og arbeide med ultralave elektriske signaler som matcher biologiske signalamplituder.

“Nå setter vi de to sammen,” sa Yao. “Vi lager mikrosystemer hvor elektrisiteten fra Air-Gen brukes til å drive sensorer og kretser konstruert fra protein-nanotråd-memristorer. Nå kan det elektroniske mikrosystemet få energi fra miljøet for å støtte sansning og beregning uten behov for en ekstern energikilde (f.eks. batteri). Det har full energi-selvforsyning og intelligens, akkurat som selvstendighet i en levende organisme.”

Systemet er laget av protein nanotråder høstet fra bakterier, noe som betyr at det er miljøvennlig.

“Så, fra både funksjon og materiale, lager vi et elektronisk system som er mer bio-liknende eller levende-liknende,” sier Yao.

Albena Ivanisevic er programleder for biotronics ved U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Arbeidet demonstrerer at en kan fabrikere et selvstendig intelligent mikrosystem,” sa Ivanisevic. “Teamet fra UMass har demonstrert bruken av kunstige neuroner i beregning. Det er spesielt spennende at protein-nanotråd-memristorene viser stabilitet i vannmiljø og er åpne for videre funksjonalisering. Ytterligere funksjonalisering lover ikke bare å øke deres stabilitet, men også utvide deres nytte for sensorer og nye kommunikasjonsmodi av betydning for hæren.”