Kuvittele ohut laastari, joka liikkuu ihosi mukana, tunnistaa sykkeen, oppii rytmejäsi ja mukautuu - ilman jäykkää sirua näkyvissä. Kuulostaa tieteiskirjallisuudelta. Mutta sitä se ei ole.
Nykyaikainen piipohjainen teknologia tarjoaa ylivoiman puhtaassa nopeudessa ja tarkkuudessa. Mutta jos perinteinen laite asetetaan sykivän sydämen tai taipuilevan kyynärpään päälle, ongelmat kasaantuvat nopeasti: ihoärsytys, kontaktin menettäminen, mekaaniset viat. Keho on pehmeä, lämmin ja jatkuvasti liikkeessä. Elektroniikka on ollut sitkeästi jäykkää.
Tutkijat muuttavat tätä tarinaa. International Journal of Extreme Manufacturing -lehden tuore katsaus kuvaa uutta laiteperhettä, joka yhdistää aistimisen, muistin ja laskennan materiaaleiksi, jotka taipuvat ja venyvät kudoksen tavoin. Nämä eivät ole pelkkiä joustavia piirilevyjä. Ne ovat neuromorfisia järjestelmiä - laitteistoa, joka lainaa aivojen laskentatapaa ja ihon liikettä.
Miten ne toimivat? Perinteisen elektronien kuljetuksen metallissa sijaan nämä laitteet käyttävät pehmeitä polymeerejä ja geelimäisiä ionigeelejä, jotka kuljettavat sekä elektroneja että ioneja. Tämä kaksisuuntainen kuljetus muistuttaa hermoston elektro-kemiallista signaalinvälitystä. Materiaalit voivat imeä tai poistaa ioneja ympäristöstään, mikä muuttaa niiden sähköistä tilaa ajan myötä. Lopputulos: yksittäinen pehmeä transistori voi käyttäytyä kuin synapsi, vahvistaen tai heikentäen yhteyksiä ärsykkeiden mukaan. Oppiminen on sisäänrakennettuna itse materiaaliin.
Venymiskyky on myös edistynyt. Jotkin komponentit venyvät nyt noin 140 prosenttiin alkuperäisestä pituudestaan - enemmän kuin riittävästi seuratakseen ihon venymistä nivelen yli. Alhaiset käyttöjännitteet, usein alle 0,5 volttia, pitävät lämmön ja sähköisen rasituksen minimaalisena. Tämä on tärkeää, kun laitteiden on tarkoitus olla kosketuksissa elävän kudoksen kanssa viikkoja, kuukausia tai pidempään.
Valmistusmenetelmät muuttuvat. Sen sijaan, että jäykkiä antureita liimattaisiin pehmeille alustoille, insinöörit tutkivat painettuja verkostoja, joissa aistiminen, muisti ja prosessointi ovat yhtä jatkuvaa materiaalia. Kuvittele elektroninen iho, joka tulkitsee kosketuksen paikallisesti, tai pehmeä robottivarsi, joka aistii ja reagoi ilman, että dataa lähetetään kaukaiselle palvelimelle.
Haasteita on silti jäljellä. Lyhytaikainen muisti on kenties hankalin ongelma. Monet pehmeät muistielementit himmenevät nopeasti, kun stimulaatio loppuu. Ehdotettu ratkaisu hyödyntää oivaltavaa hybridirakennetta: pienet jäykät saaret sisältävät pysyvää muistia, kun taas venyvät, kierteiset liitokset kuljettavat signaaleja niiden välillä. Tämä saari-silta-rakenne suojaa hauraita komponentteja rasitukselta samalla kun säilyttää laitteen yleisen joustavuuden.
Kemialla on yhtä suuri merkitys kuin mekaniikalla. Pitkäikäiset laitteet vaativat materiaaleja, jotka kestävät hajoamista ja ovat biokelpoisia kudokselle. Tutkijat hienosäätävät polymeeriseoksia ja ionikemiaa löytääkseen tasapainon vakauden, biokompatibiliteetin ja suorituskyvyn välillä.
Pehmeät neuromorfiset elektroniikat lupaavat tulevaisuuden, jossa koneet ja kehot sulautuvat saumattomammin - aistien, oppien ja mukautuen reaaliajassa samalla kun ne liikkuvat ihomme mukana.
Tulevatko nämä järjestelmät laboratorioprotoypeista lääketieteellisiksi implanteiksi ja jokapäiväisiksi puettaviksi laitteiksi? Tie on nyt selkeämpi kuin viisi vuotta sitten, mutta matka vaatii työtä materiaalitieteen, piirisuunnittelun ja biologian aloilla. Seuraava läpimurto ei välttämättä tule nopeammasta sirusta, vaan pehmeämmästä sellaisesta, joka lopulta ymmärtää, miten tuntea.
"Olen biologi ja intohimoni on luonnon monimuotoisuus. Genomissa kirjoitan uusimmista tutkimuksista ja ympäristönsuojelusta."
Keskustelu
Jätä kommentti
Kommentit
Ei vielä kommentteja. Ole ensimmäinen.