Rozciągliwy tranzystor synaptyczny do noszenia na ciele czyni robotykę inteligentniejszą

Zespół inżynierów z Penn State stworzył rozciągliwy tranzystor do noszenia na ciele synaptyczny, który może uczynić robotykę i noszalne urządzenia inteligentniejszymi. Urządzenie opracowane przez zespół działa jak neurony w mózgu, wysyłając sygnały do niektórych komórek i hamując inne, aby wzmocnić i osłabić pamięć urządzeń.

Badania były prowadzone przez Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics oraz profesora nadzwyczajnego inżynierii biomedycznej oraz nauki i inżynierii materiałowej.

Badania zostały opublikowane w Nature Electronics.

Projektowanie tranzystora synaptycznego

Zespół zaprojektował tranzystor synaptyczny, aby mógł być zintegrowany z robotami lub noszalnymi urządzeniami, i może wykorzystywać sztuczną inteligencję (AI), aby zoptymalizować funkcje.

„Naśladując ludzki mózg, roboty i noszalne urządzenia wykorzystujące tranzystor synaptyczny mogą wykorzystywać sztuczne neurony, aby ‘nauczyć się’ i dostosować swoje zachowania,” powiedział Yu. „Na przykład, jeśli oparzymy rękę na kuchence, boli, i wiemy, aby unikać dotyku jej następnym razem. Takie same wyniki będą możliwe dla urządzeń, które wykorzystują tranzystor synaptyczny, ponieważ sztuczna inteligencja może ‘nauczyć się’ i dostosować do swojego środowiska.”

Naśladując ludzki mózg

Yu mówi, że sztuczne neurony w urządzeniu zostały zaprojektowane, aby działać jak neurony w brzusznym polu nakrywki, który jest małym segmentem ludzkiego mózgu. Neurony najpierw przetwarzają i transmitują informacje, uwalniając neuroprzekaźniki w synapsach, które zwykle znajdują się na końcach komórek nerwowych. Neuroprzekaźniki stymulujące wyzwalają aktywność innych neuronów i są związane z wzmocnieniem pamięci. Z drugiej strony, neuroprzekaźniki hamujące redukują aktywność innych neuronów, co oznacza, że są związane z osłabieniem pamięci.

„W przeciwieństwie do wszystkich innych obszarów mózgu, neurony w brzusznym polu nakrywki są w stanie uwalniać zarówno neuroprzekaźniki stymulujące, jak i hamujące w tym samym czasie,” powiedział Yu. „Poprzez zaprojektowanie tranzystora synaptycznego, aby działał z obydwoma rodzajami zachowania synaptycznego jednocześnie, potrzeba mniej tranzystorów w porównaniu z konwencjonalną technologią elektroniki zintegrowanej, co upraszcza architekturę systemu i pozwala urządzeniu zaoszczędzić energię.”

Naukowcy chcieli modelować miękkie, rozciągliwe tkanki biologiczne, więc polegali na rozciągliwych, dwuwarstwowych materiałach półprzewodnikowych, aby wytworzyć urządzenie. To umożliwiło mu rozciąganie i skręcanie podczas użytkowania. Ale konwencjonalne tranzystory były zbyt sztywne i pękały, gdy były deformowane.”

„Tranzystor jest mechanicznie deformowalny i funkcjonalnie rekonfigurowalny, a jednocześnie zachowuje swoje funkcje, gdy jest rozciągany w dużym stopniu.” Yu powiedział. „Może być przymocowany do robota lub noszalnego urządzenia, aby służyć jako ich zewnętrzna skóra.”