Se construyen sistemas microelectrónicos sostenibles e inteligentes, al igual que los organismos vivos autónomos.

Esta ilustración captura la esencia del sistema microelectrónico recientemente desarrollado. Crédito: UMass Amherst

Un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts Amherst ha creado un pequeño sistema electrónico que puede responder de manera inteligente a la entrada de información sin ninguna entrada de energía externa, como un organismo autónomo. El sistema en miniatura está construido a partir de un nuevo tipo de electrónica que puede procesar señales electrónicas ultrabajas e incluye un nuevo dispositivo que puede generar electricidad “a partir del aire” del entorno circundante.

La investigación pionera se publicó el 7 de junio de 2021 en la revista Conexiones con la naturaleza.

Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática (ECE) y profesor asistente de ingeniería biomédica, dirigió la investigación con su asistente de mucho tiempo, Derek R. Encantadora y distinguida profesora de microbiología.

Ambos componentes principales del microsistema consisten en nanocables de proteínas, un material electrónico “verde” que se produce de forma regenerativa a partir de microbios sin la producción de “desechos electrónicos”. La investigación es prometedora para la electrónica ecológica del futuro fabricada con materiales bio-sostenibles que son más receptivos al cuerpo humano y entornos diversos.

Este notable proyecto produce un “pequeño sistema inteligente y autosuficiente”, según el Laboratorio de Investigación del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos, que financia la investigación.

Tianda Fu, una estudiante de posgrado del grupo de Yao, es la autora principal. “Es un comienzo emocionante para explorar la viabilidad de incorporar funciones ‘vivas’ en la electrónica. Estoy deseando ver más versiones de alta gama”, dijo Fu.

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El proyecto representa un desarrollo continuo de la investigación reciente realizada por el equipo. El equipo de investigación descubrió previamente que se puede generar electricidad a partir del ambiente / la humedad circundante utilizando un generador de aire basado en nanocables de proteínas (o ‘Air-Gen’), un dispositivo que produce electricidad continuamente en casi todos los ambientes de la Tierra. Air-Gen se informó en naturaleza en 2020.

También en 2020, el laboratorio de Yao mencionado en Conexiones con la naturaleza Los nanocables de proteínas se pueden usar para construir dispositivos electrónicos llamados memristores que pueden simular cálculos cerebrales y operar con señales eléctricas ultrabajas que coinciden con la amplitud de la señal biológica.

“Ahora juntamos los dos”, dijo Yao sobre la creación. “Estamos creando microsistemas en los que la electricidad de Air-Gen se utiliza para alimentar sensores y circuitos creados a partir de memristores de nanoproteínas. Ahora el microsistema electrónico puede capturar energía del entorno para respaldar la detección y la computación sin la necesidad de una fuente de alimentación externa”. fuente (como una batería). Es autosuficiente. e inteligencia llena de energía, al igual que la autonomía en un ser vivo “.

El sistema también consta de biomateriales respetuosos con el medio ambiente: nanocables de proteínas extraídos de bacterias. Yao y Lovley desarrollaron el Air-Gen a partir del microbio Geobacter, descubierto por Lovley hace varios años, que luego se utilizó para generar electricidad a partir de la humedad del aire y luego para construir memristores capaces de simular la inteligencia humana.

“Entonces, en términos de función y material, estamos creando un sistema electrónico que es más parecido biológica o biológicamente”, dice Yao.

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“El trabajo muestra que se puede hacer un microsistema inteligente y autosostenible”, dijo Albina Ivanisevic, directora del Programa de Bioelectrónica en el Laboratorio de Investigación del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. “El equipo de UMass demostró el uso de neuronas artificiales para la computación. Es particularmente emocionante que los memristores de nanoproteínas demuestren estabilidad en el ambiente acuoso y sean susceptibles de operación adicional. Las funciones adicionales prometen no solo aumentar su estabilidad sino también expandir su utilidad para nuevos sensores y métodos de comunicación de importancia para los militares ”.

Referencia: “Interfaces neuronales verdes autosostenibles” por Tianda Fu, Xiaoming Liu, Shuai Fu, Trevor Woodard, Hongyan Zhao, Derek R. Lovely, Jun Yao, 7 de junio de 2021, disponible aquí. Conexiones con la naturaleza.
DOI: 10.1038 / s41467-021-23744-2

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