Home / Hardware AI / Gli organismi elettronici auto-autonomi verdi un microsistema elettronico in grado di rispondere agli stimoli ambientali senza richiedere energia esterna

Gli organismi elettronici auto-autonomi verdi un microsistema elettronico in grado di rispondere agli stimoli ambientali senza richiedere energia esterna

I ricercatori sviluppano microsistemi verdi per generare elettricità dal nulla
 
I ricercatori hanno sviluppato un microsistema elettronico in grado di rispondere autonomamente agli input di informazioni senza energia esterna.
 
Un team di ricercatori dell’Università del Massachusetts Amherst ha sviluppato un microsistema elettronico in grado di rispondere agli stimoli ambientali senza richiedere energia esterna. Questi organismi auto-autonomi “verdi” sono costruiti da un nuovo tipo di elettronica. Possono elaborare segnali elettronici ultrabassi e incorporare dispositivi in ​​grado di generare elettricità “dal nulla” dall’ambiente circostante.  

Jun Yao, un assistente professore di ingegneria elettrica e informatica (ECE) e professore a contratto di ingegneria biomedica, è stato coautore dello studio con Derek R. Lovley, un illustre professore di microbiologia. La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.

Compila il sondaggio: utilizzo della scienza comportamentale per analizzare il comportamento dei clienti

Superare la sfida 
I ricercatori hanno scoperto che l’integrazione dell’elettronica neuromorfa realizzata con i memristori nelle interfacce bioelettroniche può fornire una risposta intelligente agli ambienti. Tuttavia, c’è una differenza sostanziale tra gli stimoli ambientali e l’ampiezza di guida del dispositivo neuromorfo .

La sfida principale dei ricercatori è stata quella di costruire interfacce neuromorfe integrate guidate da sensori in grado di compensare la mancata corrispondenza dell’ampiezza intrinseca tra i segnali di rilevamento e di calcolo. L’approccio di base era aumentare il segnale di rilevamento selezionando attentamente la struttura del sensore e gli stimoli. Tuttavia, questa tecnica si traduce spesso in vincoli del fattore di forma del sensore o dell’ambiente operativo che precludono un’integrazione compatta o flessibile, o entrambi. Inoltre, alcuni segnali ambientali o fisiologici sono intrinsecamente limitati nella loro ampiezza. In confronto, i biosistemi adottano un approccio diverso limitando il segnale di calcolo al limite termodinamico, consentendo al biocalcolo di rispondere a uno spettro notevolmente più ampio di stimoli ambientali. 

Proprietà dei nanofili proteici
Per superare questa sfida, i ricercatori hanno costruito i sistemi su tre proprietà recentemente riconosciute dei nanofili proteici prodotti dal microbo Geobacter sulfurreducens :

I memristori di nanofili proteici possono essere guidati da impulsi fino a 100 millivolt, aprendo la strada a circuiti neuromorfici a bioampiezza e all’elaborazione del segnale.  
I dispositivi basati su nanofili di proteine ​​possono catturare l’umidità dall’ambiente, consentendo ai dispositivi di fungere da fonte di alimentazione per l’elaborazione, anche se l’umidità ambientale diminuisce.
Può funzionare come componente di rilevamento nei sensori elettronici. 


Il microrganismo Geobacter è stato una scoperta di Lovley ed è stato precedentemente utilizzato dal team di ricerca per dimostrare generatori d’aria basati su nanofili proteici o ” Air-Gen ” per generare elettricità dall’ambiente circostante. 

La bio composizione dei dispositivi riflette anche un’esplorazione dell’elettronica “verde” fatta di biomateriali rinnovabili, biocompatibili ed eco-compatibili. Inoltre, i microsistemi adattativi sono resi possibili dai nanofili proteici, che consentono una semplice funzionalità riconfigurabile. Queste qualità rappresentano un significativo passo avanti nel progresso delle interfacce e dei microsistemi bio-emulati.

 I componenti Green

Innanzitutto, i componenti necessari per l’integrazione sono stati esaminati in un ambiente biorealistico e sono stati fabbricati memristori di nanofili proteici su un substrato flessibile. Il dispositivo era una struttura verticale con uno strato isolante posto tra due elettrodi. In termini di programmazione di tensione e corrente, il dispositivo ha operato a un livello di potenza paragonabile a quello di un neurone biologico. I dispositivi senza nanofili proteici non sono stati in grado di ottenere la commutazione della bioampiezza, il che dimostra che i nanofili della proteina svolgono un ruolo cruciale nel consentire la commutazione della bioampiezza.

Secondo l’US Army Combat Capability Development Command Army Institute, che finanzia la ricerca, questo lavoro di ricerca creerà un “microsistema intelligente e autosufficiente”.

Gli sforzi per trovare nuove fonti di energia sono ora avanzati al punto in cui i microsistemi elettronici possono ricavare energia dal loro ambiente e supportare il rilevamento e il calcolo senza la necessità di fonti di energia esterne come le batterie. I risultati dimostrano che i nanofili proteici possono essere applicati a scopi reali. Sia le applicazioni indossabili che quelle ambientali beneficiano della biocompatibilità e dell’ecocompatibilità della composizione del materiale “verde”. Saranno realizzabili altre funzionalità neuromorfe che funzionano in contesti diversi, risultando in una serie diversificata di microsistemi auto-supportati o sensori intelligenti per implementazioni diffuse a supporto dell’Internet delle cose . In futuro, tuttavia, saranno necessarie ulteriori indagini per scoprire la capacità totale dei dispositivi a nanofili proteici.

Top

Utilizzando il sito, accetti l'utilizzo dei cookie da parte nostra. maggiori informazioni

Questo sito utilizza i cookie per fornire la migliore esperienza di navigazione possibile. Continuando a utilizzare questo sito senza modificare le impostazioni dei cookie o cliccando su "Accetta" permetti il loro utilizzo.

Chiudi