Studiuesit krijojnë mikrosisteme inteligjente elektronike nga materiali “i gjelbër”

Një ekip kërkimor nga Universiteti i Massachusetts Amherst ka krijuar një mikrosistem elektronik që mund t’u përgjigjet në mënyrë inteligjente inputeve të informacionit pa ndonjë input të jashtëm të energjisë, ashtu si një organizëm i gjallë autonom. Mikrosistemi është ndërtuar nga një lloj i ri i elektronikës që mund të përpunojë sinjale të ulëta elektronike dhe përfshin një pajisje që mund të gjenerojë energji elektrike nga mjedisi.

Hulumtimi novator u botua më 7 qershor në revistën Nature Communications.

Jun Yao, një asistent profesor në inxhinierinë elektrike dhe kompjuterike (ECE) dhe një profesor ndihmës në inxhinierinë biomjekësore, drejtoi kërkimin me bashkëpunëtorin e tij të vjetër, Derek R. Lovley, një Profesor i Shquar në mikrobiologji.

Të dy përbërësit kryesorë të mikrosistemit janë krijuar nga nano tela proteinike, një material elektronik “i gjelbër” që prodhohet nga mikroorganizmat pa prodhuar “e-mbeturina”. Hulumtimi paraprin potencialin e elektronikës së gjelbër në të ardhmen të krijuar nga biomateriale të qëndrueshme që janë më të përshtatshme për të bashkëvepruar me trupin e njeriut dhe mjedise të ndryshme.

Ky projekt po prodhon një “mikrosistem inteligjent të vetë-qëndrueshëm”, sipas Laboratorit të Kërkimit të Ushtrisë, Komanda e Zhvillimit të Aftësive Luftarake, e cila po financon kërkimin.

Tianda Fu, një student i diplomuar në grupin e Yao, është autori kryesor. “Është një fillim emocionues për të eksploruar realizueshmerinë e përfshirjes së tipareve “të gjalla” në elektronikë. Unë jam duke pritur për versione të evoluara më tej,”- tha Fu.

Projekti përfaqëson një evolucion të vazhdueshëm të kërkimeve të fundit nga ekipi. Më parë, ekipi hulumtues zbuloi se energjia elektrike mund të gjenerohet nga mjedisi/ lagështia e ambientit me një gjenerator ajri të bazuar në nanowire (ose ‘Air-Gen’), një pajisje e cila prodhon vazhdimisht energji elektrike në pothuajse të gjitha llojet e mjediseve që ndodhen në Tokë. Shpikja e Air-Gen u raportua në Nature në vitin 2020.

Gjithashtu në vitin 2020, laboratori i Yao raportoi në Nature Communications se nano telat e proteinave mund të përdoren për të ndërtuar pajisje elektronike të quajtura memristors (memorie elektronike) që mund të imitojnë llogaritjen e trurit dhe të punojnë me sinjale të ulëta elektrike që përputhen me amplitudat e sinjalit biologjik.

“Tani ne i bëjmë të dyja së bashku,”- tha Yao për krijimin. “Ne bëjmë mikrosisteme në të cilat energjia elektrike nga Air-Gen përdoret për të drejtuar sensorë dhe qarqe të ndërtuara nga memristor-ët proteinë-nanotel. Tani mikrosistemi elektronik mund të marrë energji nga mjedisi për të mbështetur sensorët dhe llogaritjen pa patur nevojë për një burim të jashtëm energjie (p.sh bateri). Ka energji të plotë të vetë-qëndrueshmërisë dhe inteligjencës, ashtu si autonomia në një organizëm të gjallë.”

Sistemi është bërë gjithashtu nga biomateriale miqësore me mjedisin- nanotela të proteinave të prodhuara nga bakteret. Yao dhe Lovley zhvilluan Air-Gen nga mikroorganizmi Geobacter, i zbuluar nga Lovley shumë vite më parë, i cili u përdor më pas për të krijuar energji elektrike nga lagështia në ajër dhe më vonë për të ndërtuar kujtesë të aftë për të imituar inteligjencën njerëzore.

“Pra, si nga funksioni ashtu edhe nga materiali,”- thotë Yao,- “ne po bëjmë një sistem elektronik bio-të ngjashëm.”

“Puna tregon se dikush mund të sajojë një mikrosistem inteligjent të vetë-qëndrueshëm,”- tha Albena Ivanisevic, menaxherja e programit biotronik në Laboratorin Kërkimor të Ushtrisë së Komandës së Zhvillimit të Aftësive Luftarake të Ushtrisë Amerikane. “Ekipi nga UMass ka demonstruar përdorimin e neuroneve artificiale në llogaritje. Është veçanërisht emocionuese që nanotelat proteinikë memristor tregojnë stabilitet në mjedisin ujor dhe janë të përshtatshëm për funksionalitete të mëtejshëme, të cilat jo vetëm që premtojnë të rrisin stabilitetin e tyre por edhe të zgjerojnë dobinë e tyre për komunikimin me sensorë, me rëndësi për Ushtrinë.”