Hệ Thống Điện Tử Thông Minh ‘Xanh’ Hành Động Giống Như Một Sinh Vật Sống Tự Chủ

Các nhà nghiên cứu tại Đại học Massachusetts Amherst đã phát triển một hệ thống điện tử vi mô thông minh mới hoạt động giống như một sinh vật sống tự chủ bằng cách phản ứng thông minh với các đầu vào thông tin mà không cần nguồn năng lượng bên ngoài. Loại điện tử mới này có thể xử lý các tín hiệu điện tử cực thấp và kết hợp một thiết bị có thể tạo ra điện “từ không khí” trong môi trường xung quanh.

Nghiên cứu này được trình bày trong Nature Communications vào ngày 7 tháng 6.

Dây Nano Protein

Jun Yao, người dẫn đầu nghiên cứu, là giáo sư trợ lý tại khoa điện và máy tính (ECE) và là giáo sư phụ trợ tại khoa kỹ thuật sinh học. Ông được tham gia bởi Derek R. Lovely, giáo sư danh dự tại khoa vi sinh vật.

Hệ thống điện tử vi mô này bao gồm hai thành phần chính được làm từ dây nano protein, một vật liệu điện tử “xanh” được sản xuất tái tạo. Nó không tạo ra bất kỳ “rác thải điện tử” nào, và hệ thống này là một bản thiết kế cho các điện tử xanh trong tương lai được làm từ vật liệu sinh học bền vững.

Theo Bộ Chỉ huy Phát triển Lính Chiến và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Lục quân Mỹ, đơn vị tài trợ cho dự án, họ đang sản xuất một “hệ thống điện tử tự duy trì”.

Tianda Fu là sinh viên nghiên cứu sinh trong nhóm của Yao và là tác giả chính.

“Đây là một khởi đầu thú vị để khám phá tính khả thi của việc kết hợp các tính năng ‘sống’ vào điện tử. Tôi mong đợi các phiên bản tiến hóa hơn trong tương lai,” Fu nói.

Nghiên Cứu Trước Đó

Đội ngũ đã làm việc trên các nghiên cứu và dự án tương tự, với nghiên cứu gần đây nhất liên quan đến việc phát hiện ra rằng điện có thể được tạo ra từ môi trường xung quanh bằng một thiết bị gọi là Máy phát điện không khí dựa trên dây nano protein, một thiết bị có thể tạo ra điện liên tục trong hầu hết mọi môi trường.

Nghiên cứu đó đã được công bố vào năm 2020 trong Nature.

Cũng trong năm 2020, đội ngũ đã tìm thấy rằng dây nano protein có thể được sử dụng để xây dựng các thiết bị điện tử gọi là memristor, có thể mô phỏng tính toán của não bộ và làm việc với tín hiệu điện tử cực thấp phù hợp với biên độ tín hiệu sinh học.

“Bây giờ chúng ta kết hợp hai điều đó lại với nhau,” Yao nói. “Chúng ta tạo ra các hệ thống điện tử vi mô trong đó điện từ Máy phát điện không khí được sử dụng để điều khiển các cảm biến và mạch điện được xây dựng từ memristor dây nano protein. Bây giờ hệ thống điện tử vi mô có thể nhận năng lượng từ môi trường để hỗ trợ cảm biến và tính toán mà không cần nguồn năng lượng bên ngoài (ví dụ: pin). Nó có tính tự duy trì năng lượng và thông minh, giống như tính tự chủ trong một sinh vật sống.”

Hệ thống được làm từ dây nano protein thu hoạch từ vi khuẩn, có nghĩa là nó thân thiện với môi trường.

“Vì vậy, từ cả chức năng và vật liệu, chúng ta đang tạo ra một hệ thống điện tử giống sinh học hơn hoặc giống sống hơn,” Yao nói.

Albena Ivanisevic là quản lý chương trình sinh học tại Bộ Chỉ huy Phát triển Lính Chiến và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Quân đội Lục quân Mỹ.

“Công việc này chứng minh rằng có thể chế tạo một hệ thống điện tử thông minh tự duy trì,” Ivanisevic nói. “Đội ngũ từ UMass đã chứng minh việc sử dụng nơ-ron nhân tạo trong tính toán. Điều đặc biệt thú vị là memristor dây nano protein cho thấy sự ổn định trong môi trường nước và có thể được chức năng hóa thêm. Chức năng hóa thêm không chỉ hứa hẹn tăng sự ổn định mà còn mở rộng khả năng của chúng cho các phương thức cảm biến và giao tiếp mới của quân đội.”