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. muy parecido a un organismo vivo autónomo. El microsistema está construido a partir de un tipo novedoso de electrónica que puede procesar señales electrónicas ultrabajas e incorpora un dispositivo que puede generar electricidad "de la nada" del entorno ambiental.

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 de toda la vida, Derek R. Lovley, un profesor distinguido en microbiología.

Ambos componentes clave del microsistema están hechos de nanocables de proteínas, un material electrónico "verde" que se produce de forma renovable a partir de microbios sin producir "desechos electrónicos". La investigación presagia el potencial de la electrónica ecológica futura fabricada a partir de biomateriales sostenibles que son más susceptibles de interactuar con el cuerpo humano y diversos entornos.

Este proyecto revolucionario está produciendo un "microsistema inteligente autosuficiente, "según el Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU., que está financiando la investigación.

Tianda Fu, un estudiante de posgrado en el grupo de Yao, es el autor principal. "Es un comienzo emocionante para explorar la viabilidad de incorporar funciones 'vivas' en la electrónica. Estoy deseando que lleguen más versiones evolucionadas, "Dijo Fu.

El proyecto representa una evolución continua de la investigación reciente del equipo. Previamente, el equipo de investigación descubrió que se puede generar electricidad a partir del 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 que se encuentran en la Tierra. La invención de 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 usar 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 juntamos los dos, "Yao dijo sobre la creación." Hacemos microsistemas en los que la electricidad de Air-Gen se utiliza para impulsar sensores y circuitos construidos a partir de memrisistores de nanocables de proteínas. Ahora, el microsistema electrónico puede obtener energía del entorno para respaldar la detección y el cálculo sin la necesidad de una fuente de energía externa (por ejemplo, una batería). Tiene plena auto-sostenibilidad e inteligencia energética, al igual que la auto-autonomía en un organismo vivo ".

El sistema también está hecho de biomaterial respetuoso con el medio ambiente:nanocables de proteínas extraídos de bacterias. Yao y Lovley desarrollaron 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 de función como de material, "dice Yao, "Estamos haciendo que un sistema electrónico sea más bio-parecido o más vivo".

"El trabajo demuestra que se puede fabricar un microsistema inteligente autosostenido, "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 ha demostrado el uso de neuronas artificiales en la computación. Es particularmente emocionante 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 que también amplía su utilidad por sensores y modalidades de comunicación novedosas de importancia para el Ejército ".