Microsistema elettronico che agisce come un organismo vivente autonomo rispondendo in modo intelligente agli input di informazioni senza input di energia esterna


I ricercatori dell’Università del Massachusetts Amherst hanno sviluppato un nuovo microsistema elettronico che agisce come un organismo vivente autonomo rispondendo in modo intelligente agli input di informazioni senza input di energia esterna. Il nuovo tipo di elettronica responsabile del microsistema può elaborare segnali elettronici ultrabassi e incorporare un dispositivo in grado di generare elettricità “dal nulla” dall’ambiente circostante. 

La ricerca è stata presentata su Nature Communications il 7 giugno. 

Nanofili proteici
Jun Yao, che ha guidato la ricerca, è un assistente professore in ingegneria elettrica e informatica (ECE) e professore a contratto in ingegneria biomedica. È stato raggiunto da Derek R. Lovely, un illustre professore di microbiologia. 

Il microsistema è costituito da due componenti chiave realizzati con nanofili proteici, che sono un materiale elettronico “verde” prodotto in modo rinnovabile. Non produce alcun “rifiuto elettronico” e il sistema è un progetto per la futura elettronica verde realizzata con biomateriali sostenibili. 

Secondo il laboratorio di ricerca dell’esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell’esercito degli Stati Uniti, responsabile del finanziamento del progetto, sta producendo un “microsistema autosufficiente”.

Tianda Fu è una studentessa laureata nel gruppo di Yao e autrice principale. 

“E’ un inizio entusiasmante esplorare la fattibilità di incorporare funzionalità ‘viventi’ nell’elettronica. Non vedo l’ora di versioni ulteriormente evolute”, ha detto Fu. 

Ricerca precedente
Il team ha già lavorato su ricerche e progetti simili, con il più recente che riguarda la scoperta che l’elettricità può essere generata dall’ambiente circostante con un generatore d’aria basato su nanofili proteici, che è un dispositivo in grado di produrre continuamente elettricità in quasi tutti ambienti. 

Quella ricerca è stata pubblicata nel 2020 su Nature .

Sempre nel 2020, il team ha scoperto che i nanofili proteici possono essere utilizzati per costruire dispositivi elettronici chiamati memristori, che possono imitare il calcolo del cervello e funzionare con segnali elettrici ultra bassi che corrispondono alle ampiezze del segnale biologico. 

“Ora mettiamo insieme i due”, ha detto Yao. “Produciamo microsistemi in cui l’elettricità di Air-Gen viene utilizzata per pilotare sensori e circuiti costruiti con memristori di nanofili proteici. Ora il microsistema elettronico può ottenere energia dall’ambiente per supportare il rilevamento e il calcolo senza la necessità di una fonte di energia esterna (es. batteria). Ha piena autosostenibilità e intelligenza, proprio come l’autonomia in un organismo vivente”. 

Il sistema è costituito da nanofili proteici raccolti da batteri, il che significa che è ecologico. 

” Quindi, sia dalla funzione che dal materiale, stiamo rendendo un sistema elettronico più simile alla biografia o allo stesso modo”, afferma Yao. 

Albena Ivanisevic è la responsabile del programma di biotronica presso il Laboratorio di ricerca dell’esercito del comando di sviluppo delle capacità di combattimento dell’esercito degli Stati Uniti. 

“Il lavoro dimostra che si può fabbricare un microsistema intelligente autosufficiente”, ha affermato Ivanisevic. “Il team di UMass ha dimostrato l’uso di neuroni artificiali nel calcolo. È particolarmente interessante che i memristori di nanofili proteici mostrino stabilità in ambiente acquoso e siano suscettibili di un’ulteriore funzionalizzazione. La funzionalizzazione aggiuntiva non solo promette di aumentare la loro stabilità, ma anche di espandere la loro utilità per i sensori e nuove modalità di comunicazione importanti per l’esercito”.

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