‘Zielony’ Inteligentny Mikrosystem Elektroniczny Działa Jak Samodzielnie Żyjący Organizm

Naukowcy z Uniwersytetu w Amherst w stanie Massachusetts opracowali nowy mikrosystem elektroniczny, który działa jak samodzielnie żyjący organizm, inteligentnie reagując na dane wejściowe bez zewnętrznego źródła energii. Nowy typ elektroniki odpowiedzialny za mikrosystem może przetwarzać ultraniskie sygnały elektroniczne i zawierać urządzenie, które może generować prąd elektryczny “z powietrza” z otoczenia.

Badania zostały przedstawione w Nature Communications 7 czerwca.

Białkowe Nanodruty

Jun Yao, który kierował badaniami, jest adiunktem w dziedzinie inżynierii elektrycznej i komputerowej oraz profesorem nadzwyczajnym w dziedzinie inżynierii biomedycznej. Współpracował z Derekem R. Lovely, wybitnym profesorem mikrobiologii.

Mikrosystem składa się z dwóch kluczowych komponentów wykonanych z białkowych nanodrutów, które są “zielonym” materiałem elektronicznym, który jest odnawialny. Nie wytwarza żadnych “elektronicznych odpadów”, a system jest wzorcem dla przyszłej “zielonej” elektroniki wykonanej z materiałów biologicznych.

Według U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory, odpowiedzialnego za finansowanie projektu, jest to “samodzielnie zasilany mikrosystem”.

Tianda Fu jest studentem studiów podyplomowych w grupie Yao i głównym autorem.

“To jest ekscytujący początek, aby zbadać możliwość wprowadzenia ‘żywych’ cech w elektronice. Czekam na dalsze ewolucyjne wersje,” powiedział Fu.

Poprzednie Badania

Zespół już wcześniej pracował nad podobnymi badaniami i projektami, z których najnowszy dotyczył odkrycia, że prąd elektryczny może być generowany z otoczenia z użyciem generatora powietrza opartego na białkowych nanodrutach, który jest urządzeniem, które może ciągle wytwarzać prąd elektryczny w niemal wszystkich środowiskach.

Te badania zostały opublikowane w 2020 roku w Nature.

Również w 2020 roku zespół stwierdził, że białkowe nanodruty mogą być używane do budowy urządzeń elektronicznych zwanych memristorami, które mogą naśladować obliczenia mózgu i pracować z ultraniskimi sygnałami elektrycznymi, które odpowiadają amplitudom sygnałów biologicznych.

“Teraz łączymy te dwie rzeczy,” powiedział Yao. “Tworzymy mikrosystemy, w których prąd elektryczny z Air-Gen jest używany do napędzania czujników i obwodów zbudowanych z memristorów opartych na białkowych nanodrutach. Teraz elektroniczny mikrosystem może pobierać energię ze środowiska, aby wspierać czujniki i obliczenia bez potrzeby zewnętrznego źródła energii (np. baterii). Ma pełną samodzielność energetyczną i inteligencję, podobnie jak samodzielność w żywym organizmie.”

System jest wykonany z białkowych nanodrutów pozyskiwanych z bakterii, co oznacza, że jest przyjazny dla środowiska.

“Zatem, zarówno pod względem funkcji, jak i materiału, tworzymy system elektroniczny bardziej podobny do żywego organizmu,” mówi Yao.

Albena Ivanisevic jest menedżerem programu biotroniki w U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory.

“Praca pokazuje, że można wytworzyć samodzielnie zasilany inteligentny mikrosystem,” powiedział Ivanisevic. “Zespół z UMass wykazał użycie sztucznych neuronów w obliczeniach. Jest to szczególnie ekscytujące, że memristory oparte na białkowych nanodrutach wykazują stabilność w środowisku wodnym i są podatne na dalszą funkcjonalizację. Dodatkowa funkcjonalizacja nie tylko obiecuje zwiększyć ich stabilność, ale także rozszerzyć ich przydatność do czujników i nowych modalności komunikacji o znaczeniu dla armii.”