Stretchy, Wearable Synaptic Transistor Turns Robotics Smarter

Et team av Penn State-ingeniører har laget en stretchy, wearable synaptic transistor som kan gjøre robotikk og wearable 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 associate professor of biomedical engineering og of materials science and engineering. 

Forskningen ble publisert i Nature Electronics. 

Designing the Synaptic Transistor

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

“I likhet med det menneskelige hjernen, kan roboter og wearables som bruker den synaptiske transistor bruke sine kunstige nerveceller til å ‘lære’ og tilpasse seg sine atferder,” 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 transistor, ettersom kunstig intelligens kan ‘lære’ og tilpasse seg sin omgivelse.” 

I likhet med det 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 det 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 transistor 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 myke, stretchy biologiske vev, så de avhengig av stretchable bilayer halvledermaterialer 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 wearable enhet for å fungere som deres ytre hud.”