Investigadores crean microsistemas electrónicos inteligentes a partir de material “verde”

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Un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts Amherst ha creado un microsistema electrónico que puede responder de manera inteligente a las entradas de información sin ninguna entrada de energía externa, al igual que un organismo vivo autónomo. El microsistema consta de un nuevo tipo de electrónica capaz de procesar señales electrónicas ultrabajas e incorpora un dispositivo capaz de generar electricidad “de la nada” del entorno circundante.

La innovadora investigación se publicó el 7 de junio en la revista Comunicaciones de la naturaleza.

Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática (ECE) y profesor adjunto de ingeniería biomédica, dirigió la investigación con su colaborador desde hace mucho tiempo, Derek R. Lovley, un distinguido profesor de microbiología.

Ambos componentes clave del microsistema están formados por nanocables de proteínas, un material electrónico “verde” que es producido de forma renovable por microbios sin producir “residuos electrónicos”. La investigación presagia el potencial de la electrónica ecológica futura fabricada con biomateriales sostenibles que tienen más probabilidades de interactuar con el cuerpo humano y diversos entornos.

Este innovador proyecto está produciendo un “microsistema inteligente autosostenible”, según el Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los Estados Unidos, que está financiando la investigación.

Tianda Fu, una estudiante de posgrado del grupo de Yao, es la autora principal. “Este es un comienzo emocionante para explorar la viabilidad de incorporar la funcionalidad ‘viva’ en la electrónica. Estoy deseando que se desarrollen más versiones”, dijo Fu.

El proyecto representa una evolución continua de la investigación reciente del equipo. Anteriormente, el equipo de investigación descubrió que se puede generar electricidad a partir del medio ambiente / humedad ambiental con un generador de aire basado en nanocables de proteínas (o “Air-Gen”), un dispositivo que produce electricidad de forma continua en casi todos los entornos de la Tierra. La invención del Air-Gen se informó en Naturaleza en 2020.

También en 2020, el laboratorio de Yao informó en Comunicaciones de la naturaleza que los nanocables de proteínas se pueden utilizar para construir dispositivos electrónicos llamados memristores que pueden imitar la computación del cerebro y trabajar con señales eléctricas ultrabajas que coinciden con las amplitudes de las señales biológicas.

“Ahora juntemos las dos piezas”, dijo Yao sobre la creación. “Fabricamos microsistemas en los que la electricidad de Air-Gen se utiliza para impulsar sensores y circuitos construidos por memristores de nanocables de proteínas. Ahora el microsistema puede obtener energía del entorno para respaldar la detección y la computación sin la necesidad de una fuente de alimentación. Energía externa (por ejemplo, batería) . Posee plena autosostenibilidad e inteligencia, al igual que la autonomía de un organismo vivo “.

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

“Entonces, tanto en función como en material”, dice Yao, “estamos haciendo un sistema electrónico más parecido a la naturaleza o similar”.

“El trabajo demuestra que es posible fabricar un microsistema inteligente autosostenible”, dijo Albena Ivanisevic, gerente del programa de biotrónica en el Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU. “El equipo de UMass demostró el uso de neuronas artificiales en la computación. Es particularmente interesante que los memristores de nanocables de proteínas muestren estabilidad en un ambiente acuoso y sean susceptibles de funcionalización adicional. La funcionalización adicional no solo promete aumentar su estabilidad, sino también ampliar su utilidad para sensores y nuevos modos de comunicación importantes para el ejército “.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Massachusetts Amherst. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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