‘Grön’ Intelligent Elektronisk Mikrosystem Fungerar Som Ett Självständigt Levande Organism

Forskare vid University of Massachusetts Amherst har utvecklat ett nytt elektroniskt mikrosystem som fungerar som ett självständigt levande organism genom att intelligently svara på informationsinmatningar utan yttre energitillförsel. Den nya typen av elektronik som är ansvarig för mikrosystemet kan bearbeta ultralåga elektroniska signaler och inkorporera en enhet som kan generera elektricitet “ur tomma intet” från den omgivande miljön. 

Forskningen presenterades i Nature Communications den 7 juni. 

Proteinnanotrådar

Jun Yao, som ledde forskningen, är biträdande professor i elektroteknik och datorteknik (ECE) och adjungerad professor i biomedicinsk teknik. Han var ansluten till Derek R. Lovely, en framstående professor i mikrobiologi. 

Mikrosystemet består av två viktiga komponenter tillverkade av proteinnanotrådar, som är ett “grönt” elektroniskt material som tillverkas på ett förnybart sätt. Det producerar ingen “e-avfall”, och systemet är en ritning för framtida gröna elektronik tillverkad av hållbara biomaterial. 

Enligt den amerikanska arméns forskningslaboratorium, som ansvarar för att finansiera projektet, producerar det ett “självunderhållet mikrosystem”.

Tianda Fu är en doktorand i Yaos grupp och huvudförfattare. 

“Det är en spännande start att undersöka möjligheten att införliva ‘levande’ egenskaper i elektronik. Jag ser fram emot att se hur det utvecklas ytterligare,” sa Fu. 

Tidigare Forskning

Teamet har redan arbetat med liknande forskning och projekt, med den senaste som involverade upptäckten att elektricitet kan genereras från den omgivande miljön med en protein-nanotråd-baserad luftgenerator, som är en enhet som kan producera elektricitet kontinuerligt i nästan alla miljöer. 

Den forskningen publicerades 2020 i Nature.

År 2020 fann teamet att protein-nanotrådar kan användas för att konstruera elektroniska enheter som kallas memristorer, som kan imitera hjärnberäkningar och fungera med ultralåga elektriska signaler som matchar biologiska signalamplituder. 

“Nu sätter vi ihop de två,” sa Yao. “Vi skapar mikrosystem där elektriciteten från Air-Gen används för att driva sensorer och kretsar konstruerade från protein-nanotråd-memristorer. Nu kan det elektroniska mikrosystemet få energi från miljön för att stödja avkänning och beräkning utan behov av en yttre energikälla (t.ex. batteri). Det har full energi-självständighet och intelligens, precis som självständighet i ett levande organism.” 

Systemet tillverkas av protein-nanotrådar som skördas från bakterier, vilket innebär att det är miljövänligt. 

“Så, från både funktion och material, skapar vi ett elektroniskt system som är mer bio-liknande eller levande-liknande,” sa Yao. 

Albena Ivanisevic är programchef för bioteknik vid den amerikanska arméns forskningslaboratorium. 

“Arbetet visar att man kan tillverka ett självunderhållet intelligent mikrosystem,” sa Ivanisevic. “Teamet från UMass har visat användningen av artificiella neuroner i beräkning. Det är särskilt spännande att protein-nanotråd-memristorerna visar stabilitet i en vattenmiljö och kan ytterligare funktionaliseras. Ytterligare funktionalisering lovar inte bara att öka deras stabilitet utan också expandera deras användbarhet för sensorer och nya kommunikationsmodaler som är viktiga för armén.”