Strekkbar, kroppsbåren synaptisk transistor gjør robotikk smartere

Et team av Penn State-ingeniører har laget en strekkbar, kroppsbåren synaptisk transistor som kan gjøre robotikk og kroppsbårne enheter smartere. Enheten som er utviklet av teamet fungerer som nerveceller i hjernen, sender signaler til noen celler og hemmer andre for å forbedre og svekke enhetens minner. 

Forskningen ble ledet av Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics og førsteamanuensis i biomedisinsk teknologi og i materialvitenskap og materialteknologi. 

Forskningen ble publisert i Nature Electronics. 

Utforming av den synaptiske transistoren

Teamet designet den synaptiske transistoren til å integreres i roboter eller kroppsbårne enheter, og den kan bruke kunstig intelligens (AI) til å optimalisere funksjoner. 

“I likhet med den menneskelige hjernen, kan roboter og kroppsbårne enheter som bruker den synaptiske transistoren bruke sine kunstige nerveceller til å ‘lære’ og tilpasse sin atferd,” sa Yu. “For eksempel, hvis vi brenner hånden vår på en komfyr, gjør det vondt, og vi vet å unngå å berøre den neste gang. Samme resultater vil være mulig for enheter som bruker den synaptiske transistoren, ettersom kunstig intelligens kan ‘lære’ og tilpasse seg sin omgivelse.” 

I likhet med den menneskelige hjernen 

Yu sier at de kunstige nervecellene i enheten ble designet til å fungere som nerveceller i ventral tegmental område, som er et lite segment av den menneskelige hjernen. Nerveceller prosesserer og sender informasjon ved å frigjøre neurotransmittere ved sine synapser, som vanligvis er plassert ved enden av nervecellene. Ekscitatoriske neurotransmittere utløser aktiviteten til andre nerveceller og er assosiert med å forbedre minner. På den andre siden, hemmer inhibitoriske neurotransmittere aktiviteten til andre nerveceller, noe som betyr at de er assosiert med å svekke minner. 

“I motsetning til alle andre områder av hjernen, er nerveceller i ventral tegmental område i stand til å frigjøre både ekscitatoriske og inhibitoriske neurotransmittere samtidig,” sa Yu. “Ved å designe den synaptiske transistoren til å fungere med begge synaptiske atferder samtidig, trengs færre transistorer sammenlignet med konvensjonell integrert elektronikk-teknologi, noe som forenkler systemarkitekturen og lar enheten spare energi.” 

Forskerne ønsket å modellere mykt, strekkbart biologisk vev, så de brukte strekkbare halvledermaterialer med to lag for å fabrikere enheten. Dette gjorde det mulig for den å strekke og vri mens den var i bruk. Men de konvensjonelle transistorer var for stive og ville brekke når de ble deformert.” 

“Transistoren er mekanisk deformérbar og funksjonelt omkonfigurerbar, og den beholder likevel sine funksjoner når den strekkes ekstensivt.” Yu sa. “Den kan feste til en robot eller kroppsbåren enhet for å fungere som deres ytre hud.”