Estructura y materiales de las sinapsis transparentes y flexibles. a) Ilustración de las estructuras idénticas de biosinapsis y sinapsis artificial. Los dos electrodos y la capa funcional corresponden a la pre-sinapsis, post-sinapsis, y hendidura sináptica, respectivamente. b) Esquema del ITO / PEDOT:Dispositivo sináptico artificial flexible y transparente PSS / ITO. c) Superior yd) Imágenes SEM de corte transversal de la película PEDOT:PSS sobre el sustrato de Si. El espesor de la película fue de 42,18 nm. e) Estructura esquemática yf) Espectros Raman de PEDOT:PSS. g) Espectro de transmitancia del PET / ITO, PET / ITO / PEDOT:PSS, y PET / ITO / PEDOT:estructuras PSS / ITO. h) Imagen AFM (2 × 2 μm2) de la película PEDOT:PSS sobre el sustrato PET / ITO. La rugosidad media cuadrática media (Rq) fue de 1,99 nm. Crédito:Wang et al.
La mayoría de los sistemas de inteligencia artificial (IA) intentan replicar los mecanismos y comportamientos biológicos observados en la naturaleza. Un ejemplo clave de esto son las sinapsis electrónicas (e-sinapsis), que intentan reproducir las uniones entre las células nerviosas que permiten la transmisión de señales eléctricas o químicas a las células diana en el cuerpo humano, conocido como sinapsis.
En los ultimos años, Los investigadores han simulado funciones sinápticas versátiles utilizando dispositivos físicos únicos. Estos dispositivos pronto podrían habilitar capacidades avanzadas de aprendizaje y memoria en máquinas, emulando funciones del cerebro humano.
Estudios recientes han propuesto dispositivos electrónicos transparentes e incluso biocompatibles para el reconocimiento de patrones, lo que podría allanar el camino hacia una nueva generación de sistemas sinápticos implantables y portátiles. Estas e-sinapsis "invisibles", sin embargo, vienen con una desventaja notable:se disuelven fácilmente en agua o en soluciones orgánicas, que está lejos de ser ideal para aplicaciones portátiles.
Para superar esta limitación, investigadores de la Universidad de Fudan en Shangai se han propuesto desarrollar un nuevo establo, sinapsis flexible e impermeable adecuada para aplicaciones en entornos orgánicos. Su estudio, esbozado en un artículo publicado en la Royal Society of Chemistry's Horizontes a nanoescala diario, presenta un nuevo dispositivo electrónico completamente transparente que emula comportamientos sinápticos esenciales, como la facilitación de pulso emparejado (PPF), procesos de potenciación / depresión a largo plazo (LTP / LTD) y aprendizaje-olvido-reaprendizaje.
"En el presente trabajo, una sinapsis artificial impermeable estable basada en un dispositivo electrónico completamente transparente, Adecuado para aplicaciones portátiles en un entorno orgánico, se demuestra por primera vez, "escribieron los investigadores en su artículo.
El flexible El dispositivo totalmente transparente e impermeable desarrollado por los investigadores ha logrado hasta ahora resultados notables, con una transmitancia óptica de ~ 87,5 por ciento en el rango de luz visible. También pudo replicar de manera confiable los procesos LTP / LTD en estados doblados. LTP / LTD son dos procesos que afectan la plasticidad sináptica, que conllevan respectivamente una mejora y una disminución de la fuerza sináptica.
Los investigadores probaron sus sinapsis sumergiéndolas en agua y en cinco solventes orgánicos comunes durante más de 12 horas. Descubrieron que funcionaban con 6000 picos sin una degradación notable. Los investigadores también utilizaron sus e-sinapsis para desarrollar un marco de simulación a nivel de dispositivo a sistema, que logró una precisión de reconocimiento de dígitos escritos a mano del 92,4 por ciento.
"El dispositivo demostró una excelente transparencia del 87,5 por ciento a una longitud de onda de 550 nm y flexibilidad en un radio de 5 mm, "escribieron los investigadores en su artículo." Características típicas de plasticidad sináptica, incluyendo EPSC / IPSC, FPP y procesos de aprendizaje-olvido-reaprendizaje, fueron emulados. Es más, la e-synapse exhibió comportamientos confiables de LTP / LTD en estados planos y doblados, incluso después de haber estado sumergido en agua y disolventes orgánicos durante más de 12 horas ".
El dispositivo propuesto por este equipo de investigadores es la primera e-sinapsis "invisible" e impermeable que puede operar de manera confiable en ambientes orgánicos sin ningún daño o deterioro. En el futuro, podría ayudar al desarrollo de nuevos sistemas neuromórficos confiables inspirados en el cerebro, incluidos los dispositivos portátiles e implantables.
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