Rozciągliwy, noszony tranzystor synaptyczny czyni robotykę mądrzejszą

Zespół inżynierów z Penn State stworzył rozciągliwy, noszony tranzystor 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 associate professor of biomedical engineering and of materials science and engineering.

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 spalimy 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 obszarze ventral tegmental, 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 obszarze ventral tegmental są w stanie uwalniać zarówno neuroprzekaźniki stymulujące, jak i hamujące w tym samym czasie,” powiedział Yu. „Poprzez zaprojektowanie tranzystora synaptycznego, aby działał z obiema synaptycznymi zachowaniami jednocześnie, potrzeba mniej tranzystorów w porównaniu z konwencjonalną technologią elektroniki zintegrowanej, co upraszcza architekturę systemu i pozwala urządzeniu zaoszczędzić energię.”

Naukowcy chcieli zmodeLOWać miękkie, rozciągliwe tkanki biologiczne, więc polegali na rozciągliwych 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.”