Изследователски екип от Университета на Масачузетс Амхерст създаде електронна микросистема, която може интелигентно да реагира на входящите данни без никаква външна енергия, подобно на самостоятелен жив организъм.

Микросистемата е изградена от нов тип електроника, която може да обработва свръхниски електронни сигнали и включва ново устройство, което може да генерира електричество „от въздуха“ от околната среда.

Новаторското изследване е публикувано в списание Nature Communications.

И двата ключови компонента на микросистемата са направени от протеинови нанопроводи, „зелен“ електронен материал, който се произвежда възобновяемо от микроби, без да се получават „електронни отпадъци“. Изследването предвещава потенциала на бъдещата зелена електроника, изработена от устойчиви биоматериали, които са по-податливи на взаимодействие с човешкото тяло и разнообразна среда.

Този пионерен проект създава „самоподдържаща се интелигентна микросистема“, според Изследователската лаборатория на американската армия, която финансира изследването.

„Вълнуващо начало е да проучим възможността за включване на „живи“ елементи в електрониката. Очаквам с нетърпение по-нататъшните версии на разработката“, коментира водещият автор Тианда Фу (Tianda Fu), сътрудник в лабораторията на Дзюн Яо (Jun Yao), асистент по електротехника и компютърно инженерство (ECE) и професор по биомедицинско инженерство.

Проектът представлява продължаващото развитие на последните изследвания от екипа. Преди това изследователският екип открива, че електричеството може да се генерира от околната среда или влажността с въздушен генератор (или „Air-Gen“), базиран на протеини нанопроводници, устройство, което непрекъснато произвежда електричество в почти всички среди на Земята. Изобретението Air-Gen е съобщено в Nature през 2020 г.

Също през 2020 г. лабораторията на Яо докладва в Nature Communications, че протеиновите нанопроводи могат да се използват за конструиране на електронни устройства, наречени мемристори, които могат да имитират мозъчните изчисления и да работят с ултраниски електрически сигнали, които съответстват на амплитудите на биологичния сигнал.

„Сега съединяваме двете заедно“, обяснява Яо откритието си. „Ние правим микросистеми, в които електричеството от Air-Gen се използва за задвижване на сензори и вериги, изградени от мемристори от протеини и нанопроводници. Сега електронната микросистема може да получава енергия от околната среда, за да поддържа сензори и изчисления, без да е необходим външен източник на енергия (например батерия). Той е напълно самоподдържащ се енергийно и с интелигентност, точно като самоавтономността в живия организъм".

Системата е направена и от екологично чист биоматериал - протеинови нанопроводи, сглобени от бактерии. Яо и Дерек Ловли (Derek R. Lovley), професор по микробиология, разработват Air-Gen от микроба Geobacter, открит от Ловли преди много години, който след това е използван за създаване на електричество от влагата във въздуха и по-късно за изграждане на мемристори, способни да имитират човешкия интелект.

"И така, както по функционалност, така и по материал, ние направихме електронна система много подобна на биологична или жива", отбелязва Яо.

„Работата демонстрира, че може да се изработи самоподдържаща се интелигентна микросистема“, коментира Албена Иванишевич (Albena Ivanisevic), ръководител на програмата за биотроника на американската армия. „Екипът от UMass демонстрира използването на изкуствени неврони в изчисленията. Особено вълнуващо е, че протеиновите нанопроводни мемристори показват стабилност във водна среда и подлежат на по-нататъшна функционализация. Допълнителната функционализация не само обещава да увеличи тяхната стабилност, но също така ще разшири полезността им за сензорни и нови комуникационни модалности, важни за армията".

Справка:

Reference: “Self-sustained green neuromorphic interfaces” by Tianda Fu, Xiaomeng Liu, Shuai Fu, Trevor Woodard, Hongyan Gao, Derek R. Lovley and Jun Yao, 7 June 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-23744-2

Източник: Self-Sustaining, Intelligent, Electronic Microsystems Created – Operate Much Like Self-Autonomous Living Organisms, University of Massachusetts Amherst

Още по темата

19/02/2020

Физика

Нова зелена технология генерира електричество буквално „от въздуха“