Stretchig, bärbar synaptisk transistor gör robotik smartare

Ett team av Penn State-ingenjörer har skapat en stretchig, bärbar synaptisk transistor som kan göra robotik och bärbara enheter smartare. Enheten som utvecklats av teamet fungerar som neuron i hjärnan, skickar signaler till vissa celler och hämmar andra för att förbättra och försvaga enheternas minnen.

Forskningen leddes av Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics och associate professor of biomedical engineering och of materials science and engineering.

Forskningen publicerades i Nature Electronics.

Design av den synaptiska transistorn

Teamet designade den synaptiska transistorn för att integreras i robotar eller bärbara enheter, och den kan använda artificiell intelligens (AI) för att optimera funktioner.

“Genom att spegla den mänskliga hjärnan, kan robotar och bärbara enheter som använder den synaptiska transistorn använda dess artificiella neuron för att ‘lära’ och anpassa sitt beteende,” sa Yu. “Till exempel, om vi bränner vår hand på en spis, så gör det ont, och vi vet att undvika att röra vid den nästa gång. Samma resultat kommer att vara möjligt för enheter som använder den synaptiska transistorn, eftersom artificiell intelligens kan ‘lära’ och anpassa sig till sin omgivning.”

Att spegla den mänskliga hjärnan

Yu säger att de artificiella neuronen i enheten designades för att fungera som neuroner i ventrala tegmentala området, som är ett litet segment av den mänskliga hjärnan. Neuroner bearbetar och sänder information genom att släppa ut neurotransmittorer vid sina synapser, som vanligtvis är belägna vid neurala celländar. Excitatoriska neurotransmittorer utlöser aktiviteten hos andra neuroner och är associerade med att förbättra minnen. Å andra sidan minskar inhiberande neurotransmittorer aktiviteten hos andra neuroner, vilket innebär att de är associerade med att försvaga minnen.

“Till skillnad från alla andra områden i hjärnan, kan neuroner i ventrala tegmentala området släppa ut både excitatoriska och inhiberande neurotransmittorer samtidigt,” sa Yu. “Genom att designa den synaptiska transistorn för att fungera med båda synaptiska beteenden samtidigt, behövs färre transistorer jämfört med konventionell integrerad elektronikteknik, vilket förenklar systemarkitekturen och tillåter enheten att spara energi.”

Forskarna ville modellera mjuka, stretchiga biologiska vävnader, så de förlitade sig på stretchbara bilagiga halvledarmaterial för att tillverka enheten. Detta möjliggjorde att den kunde sträckas och vridas medan den användes. Men de konventionella transistorerna var för rigida och skulle brytas när de deformerades.”

“Transistorn är mekaniskt deformabel och funktionellt omkonfigurerbar, men behåller fortfarande sina funktioner när den sträcks ut.” Yu sa. “Den kan fästas på en robot eller bärbar enhet för att fungera som deras yttre hud.”