ระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ ‘สีเขียว’ ที่ฉลาดเหมือนสิ่งมีชีวิตอิสระ

นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ แอมเฮิร์สต์ ได้พัฒนาระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ใหม่ที่สามารถตอบสนองต่อข้อมูลอินพุตได้อย่างฉลาดโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก ระบบอิเล็กทรอนิกส์ประเภทใหม่ที่รับผิดชอบต่อระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์นี้สามารถประมวลผลสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กมากและรวมอุปกรณ์ที่สามารถสร้างไฟฟ้า “จากอากาศ” ในสภาพแวดล้อมโดยรอบได้

การวิจัยนี้ถูกนำเสนอใน Nature Communications เมื่อวันที่ 7 มิถุนายน

โปรตีนนาโนเวียร์

จุน เยา ผู้นำการวิจัยเป็นรองศาสตราจารย์ในสาขาวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ (ECE) และเป็นศาสตราจารย์ผู้ช่วยในภาควิชาวิศวกรรมชีวการแพทย์

ระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วยสองส่วนหลักที่ทำจากโปรตีนนาโนเวียร์ ซึ่งเป็นวัสดุอิเล็กทรอนิกส์ “สีเขียว” ที่ผลิตได้ใหม่ ไม่สร้าง “ของเสียอิเล็กทรอนิกส์” และระบบนี้เป็นแบบจำลองสำหรับอิเล็กทรอนิกส์ “สีเขียว” ในอนาคตที่ทำจากวัสดุชีวภาพที่ยั่งยืน

ตามคำกล่าวของ U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory ซึ่งเป็นผู้ให้ทุนสนับสนุนโครงการวิจัยนี้ ระบุว่าระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์นี้เป็น “ระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืนเอง”

ไทอันดา ฟู เป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาในกลุ่มของเยา และเป็นผู้เขียนหลัก

“เป็นการเริ่มต้นที่น่าตื่นเต้นในการสำรวจความเป็นไปได้ในการรวมคุณลักษณะ ‘ชีวิต’ ในอิเล็กทรอนิกส์” ฟูกล่าว “ฉันหวังว่าจะได้เห็นรุ่นต่อไปที่พัฒนาเพิ่มเติม”

การวิจัยก่อนหน้า

ทีมวิจัยได้ทำงานในโครงการวิจัยที่คล้ายกันมาก่อนหน้านี้ โดยโครงการวิจัยล่าสุดเกี่ยวข้องกับการค้นพบว่าไฟฟ้าสามารถสร้างขึ้นจากสภาพแวดล้อมโดยรอบโดยใช้โปรตีนนาโนเวียร์-เบส Air Generator ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่สามารถผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องในสภาพแวดล้อมเกือบทุกประเภท

การวิจัยนั้นได้รับการตีพิมพ์ในปี 2020 ใน Nature.

ในปี 2020 ทีมวิจัย พบว่า โปรตีนนาโนเวียร์สามารถใช้ในการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า memristors ซึ่งสามารถเลียนแบบการคำนวณของสมองและทำงานกับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ที่มีขนาดเล็กมากที่สุดเท่าที่จะทำได้

“ตอนนี้เรารวมทั้งสองเข้าด้วยกัน” เยา กล่าว “เราสร้างระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ไฟฟ้าจาก Air-Gen สามารถขับเคลื่อนเซ็นเซอร์และวงจรที่สร้างจากโปรตีนนาโนเวียร์-memristors ได้ ตอนนี้ระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์สามารถรับพลังงานจากสภาพแวดล้อมเพื่อสนับสนุนการรับรู้และคำนวณโดยไม่ต้องใช้แหล่งพลังงานภายนอก (เช่น แบตเตอรี่) มันจะมีความยั่งยืนและความฉลาดเหมือนสิ่งมีชีวิตอิสระ”

ระบบนี้ทำจากโปรตีนนาโนเวียร์ที่เก็บจากแบคทีเรีย ซึ่งหมายความว่ามันเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

“ดังนั้น ทั้งจากฟังก์ชันและวัสดุ เรากำลังสร้างระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่มีลักษณะเหมือนชีวิตหรือสิ่งมีชีวิตมากขึ้น” เยา กล่าว

อัลเบนา อีวานิเซวิช เป็นผู้จัดการโปรแกรมไบโอตรอนิกส์ที่ U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory

“งานนี้แสดงให้เห็นว่าสามารถสร้างระบบไมโครอิเล็กทรอนิกส์ที่ยั่งยืนและฉลาดได้” อีวานิเซวิช กล่าว “ทีมจาก UMass ได้แสดงให้เห็นถึงการใช้หน่วยความจำเทียมในคำนวณ มันเป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากที่โปรตีนนาโนเวียร์-memristors แสดงความเสถียรใน môi trườngน้ำและสามารถเพิ่มฟังก์ชันเพิ่มเติมได้ การเพิ่มฟังก์ชันเพิ่มเติมไม่เพียงแต่เพิ่มความเสถียรเท่านั้น แต่ยังขยายความสามารถในการใช้งานสำหรับการตรวจจับและรูปแบบการสื่อสารใหม่ที่สำคัญต่อกองทัพ”