Возглавляемая Куньцзян Ю, Дороти Квиггл, доцентом по развитию карьеры инженерных наук и механики и доцентом биомедицинской инженерии и материаловедения и инженерии, команда разработала синаптический транзистор для интеграции в роботов или носимые устройства и использования искусственного интеллекта для оптимизации функций. Подробности были опубликованы 29 сентября в Природная электроника.

"Отражая человеческий мозг, роботы и носимые устройства, использующие синаптический транзистор, могут использовать его искусственные нейроны для "обучения" и адаптации своего поведения", - сказал Юй. "Например, если мы обжигаем руку о плиту, это причиняет боль, и мы знаем, что в следующий раз лучше не прикасаться к ней. Те же результаты будут возможны для устройств, использующих синаптический транзистор, поскольку искусственный интеллект способен "учиться" и адаптироваться к окружающей среде".

По словам Ю, искусственные нейроны в устройстве были сконструированы так, чтобы работать подобно нейронам в вентральной тегментальной области, крошечном сегменте человеческого мозга, расположенном в самой верхней части ствола мозга. Нейроны обрабатывают и передают информацию, высвобождая нейромедиаторы в своих синапсах, обычно расположенных на концах нервных клеток. Возбуждающие нейротрансмиттеры запускают активность других нейронов и связаны с усилением воспоминаний, в то время как тормозящие нейротрансмиттеры снижают активность других нейронов и связаны с ослаблением воспоминаний.

"В отличие от всех других областей мозга, нейроны в вентральной тегментальной области способны высвобождать как возбуждающие, так и тормозящие нейротрансмиттеры одновременно", - сказал Ю. "При проектировании синаптического транзистора для одновременной работы с обоими синаптическими режимами требуется меньше транзисторов по сравнению с обычной технологией интегрированной электроники, что упрощает архитектуру системы и позволяет устройству экономить энергию".

По словам Ю., для моделирования мягких, эластичных биологических тканей исследователи использовали растягивающиеся двухслойные полупроводниковые материалы для изготовления устройства, позволяющие ему растягиваться и скручиваться во время использования. Обычные транзисторы, с другой стороны, являются жесткими и могут сломаться при деформации.

"Транзистор поддается механической деформации и функциональной перенастройке, но при этом сохраняет свои функции при большом растяжении", - сказал Ю. "Он может прикрепляться к роботу или носимому устройству, чтобы служить их внешней оболочкой".

Помимо Ю, в число других авторов входят Хенсок Шим и Шубхам Патель, Департамент инженерных наук и механики Штата Пенсильвания; Юнцао Чжан, Программа материаловедения и инженерии Хьюстонского университета; Фахим Эршад, Департамент биомедицинской инженерии Штата Пенсильвания и департамент биомедицинской инженерии Хьюстонского университета; Бинхао Ван, школа электронных Науки и техники, Юго-Восточный университет и химический факультет и Центр исследований материалов Северо-Западного университета; Чжихуа Чен, Flexterra Inc.; Тобин Дж. Маркс, химический факультет и центр исследований материалов Северо-Западного университета; Антонио Факкетти, Flexterra Inc. и химический факультет и центр исследований материалов Северо-Западного университета.

Управление военно-морских исследований, Управление научных исследований ВВС и Национальный научный фонд поддержали эту работу.