ทรานซิสเตอร์ซินแอพติกที่ยืดหยุ่นและใส่สวมสำหรับหุ่นยนต์และอุปกรณ์สวมใส่ที่ฉลาดขึ้น

ทีมวิศวกรจากมหาวิทยาลัยรัฐเพนซิลเวเนียได้สร้างทรานซิสเตอร์ซินแอพติกที่ยืดหยุ่นและใส่สวม ซึ่งสามารถทำให้หุ่นยนต์และอุปกรณ์สวมใส่ฉลาดขึ้น อุปกรณ์ที่พัฒนาขึ้นนี้ทำงานเหมือนกับเซลล์ประสาทในสมอง โดยส่งสัญญาณไปยังเซลล์บางเซลล์และยับยั้งเซลล์อื่น ๆ เพื่อเพิ่มและลดความจำของอุปกรณ์

การวิจัยนี้ได้รับการนำโดย Cunjiang Yu ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมศาสตร์และกลศาสตร์ และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวการแพทย์และวัสดุศาสตร์

การวิจัยนี้ได้รับการตีพิมพ์ใน Nature Electronics.

การออกแบบทรานซิสเตอร์ซินแอพติก

ทีมได้ออกแบบทรานซิสเตอร์ซินแอพติกเพื่อใช้ในหุ่นยนต์หรืออุปกรณ์สวมใส่ และสามารถใช้ปัญญาประดิษฐ์ (AI) เพื่อปรับฟังก์ชันให้เหมาะสม

“โดยการจำลองสมองของมนุษย์ หุ่นยนต์และอุปกรณ์สวมใส่ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ซินแอพติกสามารถใช้เซลล์ประสาทเทียมเพื่อ ‘เรียนรู้’ และปรับพฤติกรรมของตนเอง” Yu กล่าว “ตัวอย่างเช่น หากเราถูกไฟไหม้ มันจะเจ็บ และเราจะรู้ว่าควรหลีกเลี่ยงการสัมผัสมันในครั้งต่อไป ผลลัพธ์เดียวกันจะเกิดขึ้นกับอุปกรณ์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์ซินแอพติก เนื่องจากปัญญาประดิษฐ์สามารถ ‘เรียนรู้’ และปรับพฤติกรรมของตนเองได้”

การจำลองสมองของมนุษย์

Yu กล่าวว่าเซลล์ประสาทเทียมในอุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบให้ทำงานเหมือนกับเซลล์ประสาทในบริเวณ ventral tegmental area ซึ่งเป็นส่วนเล็ก ๆ ของสมอง เซลล์ประสาทแรกจะประมวลผลและถ่ายทอดข้อมูลโดยการปล่อยสารส่งสัญญาณที่ซินแอพส์ ซึ่ง通常อยู่ที่ปลายเซลล์ประสาท สารส่งสัญญาณที่กระตุ้นการทำงานจะกระตุ้นการทำงานของเซลล์ประสาทอื่น ๆ และเกี่ยวข้องกับการเพิ่มความจำ ในทางกลับกัน สารส่งสัญญาณที่ยับยั้งการทำงานจะลดการทำงานของเซลล์ประสาทอื่น ๆ ซึ่งหมายความว่าเกี่ยวข้องกับการลดความจำ

“ไม่เหมือนกับบริเวณอื่น ๆ ของสมอง เซลล์ประสาทในบริเวณ ventral tegmental area สามารถปล่อยสารส่งสัญญาณที่กระตุ้นและยับยั้งการทำงานได้พร้อมกัน” Yu กล่าว “โดยการออกแบบทรานซิสเตอร์ซินแอพติกให้ทำงานพร้อมกับพฤติกรรมซินแอพติกทั้งสองแบบ จะต้องการทรานซิสเตอร์น้อยกว่าเทคโนโลยีอิเล็กทรอนิกส์แบบบูรณาการแบบดั้งเดิม ซึ่งทำให้โครงสร้างระบบง่ายขึ้นและช่วยให้อุปกรณ์ประหยัดพลังงาน”

นักวิจัยต้องการสร้างแบบจำลองเนื้อเยื่อชีวภาพที่ยืดหยุ่นและนุ่ม ดังนั้นพวกเขาจึงใช้วัสดุเซมิคอนดักเตอร์แบบบิลเลเยอร์ที่ยืดหยุ่นในการสร้างอุปกรณ์ ทำให้อุปกรณ์สามารถยืดและบิดได้ขณะใช้งาน แต่ทรานซิสเตอร์แบบดั้งเดิมนั้นแข็งและจะแตกเมื่อถูกบิด”

“ทรานซิสเตอร์นี้สามารถบิดและเปลี่ยนรูปได้ แต่ยังคงรักษาฟังก์ชันของมันไว้ขณะถูกยืดอย่างมาก” Yu กล่าว “มันสามารถติดกับหุ่นยนต์หรืออุปกรณ์สวมใส่เพื่อใช้เป็นหนังภายนอก”