Il transistor sinaptico elastico e bio-ispirato può migliorare, indebolire le memorie del dispositivo
La robotica e i dispositivi indossabili potrebbero presto diventare un po’ più intelligenti con l’aggiunta di un transistor sinaptico elastico e indossabile sviluppato dagli ingegneri della Penn State. Il dispositivo funziona come i neuroni nel cervello per inviare segnali ad alcune cellule e inibirne altre al fine di migliorare e indebolire i ricordi dei dispositivi.
Guidato da Cunjiang Yu, Dorothy Quiggle Career Development Associate Professor of Engineering Science and Mechanics e professore associato di ingegneria biomedica e di scienza e ingegneria dei materiali, il team ha progettato il transistor sinaptico per essere integrato in robot o dispositivi indossabili e utilizzare l’intelligenza artificiale per ottimizzare le funzioni. I dettagli sono stati pubblicati il 29 settembre su Nature Electronics .
“Rispecchiare il cervello umano, i robot e i dispositivi indossabili che utilizzano il transistor sinaptico possono utilizzare i suoi neuroni artificiali per ‘imparare’ e adattare i loro comportamenti”, ha detto Yu. “Ad esempio, se ci ustioniamo la mano su una stufa, fa male e sappiamo di evitare di toccarla la prossima volta. Gli stessi risultati saranno possibili per i dispositivi che utilizzano il transistor sinaptico, poiché l’intelligenza artificiale è in grado di “imparare” e adattarsi al suo ambiente”.
Secondo Yu, i neuroni artificiali nel dispositivo sono stati progettati per funzionare come i neuroni nell’area tegmentale ventrale, un minuscolo segmento del cervello umano situato nella parte più alta del tronco cerebrale. I neuroni elaborano e trasmettono informazioni rilasciando neurotrasmettitori nelle loro sinapsi, tipicamente localizzate alle estremità delle cellule neurali. I neurotrasmettitori eccitatori attivano l’attività di altri neuroni e sono associati all’aumento dei ricordi, mentre i neurotrasmettitori inibitori riducono l’attività di altri neuroni e sono associati all’indebolimento dei ricordi.
“A differenza di tutte le altre aree del cervello, i neuroni nell’area tegmentale ventrale sono in grado di rilasciare contemporaneamente neurotrasmettitori eccitatori e inibitori”, ha detto Yu. “Progettando il transistor sinaptico per funzionare con entrambi i comportamenti sinaptici contemporaneamente, sono necessari meno transistor rispetto alla tecnologia elettronica integrata convenzionale, che semplifica l’architettura del sistema e consente al dispositivo di risparmiare energia”.
Per modellare tessuti biologici morbidi ed elastici, i ricercatori hanno utilizzato materiali semiconduttori a doppio strato estensibili per fabbricare il dispositivo, consentendogli di allungarsi e torcersi durante l’uso, secondo Yu. I transistor convenzionali, invece, sono rigidi e si rompono se deformati.
“Il transistor è meccanicamente deformabile e funzionalmente riconfigurabile, ma mantiene ancora le sue funzioni quando viene allungato ampiamente”, ha detto Yu. “Può essere collegato a un robot o a un dispositivo indossabile per fungere da pelle più esterna”.
Oltre a Yu, altri contributori includono Hyunseok Shim e Shubham Patel, Penn State Department of Engineering Science and Mechanics; Yongcao Zhang, il programma di scienza e ingegneria dei materiali dell’Università di Houston; Faheem Ershad, Dipartimento di ingegneria biomedica della Penn State e Dipartimento di ingegneria biomedica dell’Università di Houston; Binghao Wang, School of Electronic Science and Engineering, Southeast University e Department of Chemistry and the Materials Research Center, Northwestern University; Zhihua Chen, Flexterra Inc.; Tobin J. Marks, Dipartimento di Chimica e Centro di ricerca sui materiali, Northwestern University; Antonio Facchetti, Flexterra Inc. e Dipartimento di Chimica e Centro di Ricerca sui Materiali della Northwestern University.
L’Office of Naval Research, l’Air Force Office of Scientific Research e la National Science Foundation hanno sostenuto questo lavoro.
IMMAGINE: IL TRANSISTOR SINAPTICO È RICONFIGURABILE, IL CHE SIGNIFICA CHE PUÒ ESSERE ATTORCIGLIATO E PIEGATO, PUR RIMANENDO FUNZIONALE, COME I RICERCATORI CUNJIANG YU (A SINISTRA), DOROTHY QUIGGLE CAREER DEVELOPMENT ASSOCIATE PROFESSOR OF ENGINEERING SCIENCE AND MECHANICS (ESM) E LO STUDENTE LAUREATO ESM HYUNSEOK SHIM DIMOSTRA IN QUESTA FOTO. I TRANSISTOR CONVENZIONALI, INVECE, SONO RIGIDI E POSSONO ROMPERSI DOPO ESSERE STATI PIEGATI.
CREDITO: CREDITO: KELBY HOCHREITHER/PENN STATE