Berta Sándor
Jobb viselhető eszközök készülhetnek
Mindez újonnan megalkotott polimereknek köszönhető.
Az MIT mérnökei olyan szerves polimereket fejlesztettek ki, amelyek hatékonyan képesek a biológiai szövetek jeleit a tranzisztorokban használt elektronikus jelekké alakítani. Bizonyos, az emberi testtel integrálódó elektronikák - például az izzadtságot mérő okosórák - úgy működnek, hogy a biológiai szövetek ionalapú jeleit átalakítják a tranzisztorokban használt elektronalapú jelekké. Az ezekben az eszközökben használt anyagokat azonban gyakran úgy tervezik, hogy az elektronikai teljesítmény feláldozása mellett maximalizálják az ionfelvételt. Ennek orvoslására az MIT kutatói olyan stratégiát dolgoztak ki ezen anyagok, az úgynevezett szerves vegyes ionos-elektronikus vezetők (OMIEC) tervezésére, amely egyensúlyba hozza az ionos és az elektronikus képességeiket.
Aristide Gumyusenge professzor, az MIT munkatársa elmondta, hogy ezek az optimalizált OMIEC-ek még tanulni is képesek és a biológiai neuronokat utánzó módon képesek megtartani ezeket a jeleket. "Ez a viselkedés kulcsfontosságú a következő generációs, biológia által inspirált elektronikához és a test-gép interfészekhez, ahol a mesterséges alkatrészeinknek ugyanazt a nyelvet kell beszélniük, mint a természeteseknek a zökkenőmentes integráció érdekében" - közölte a szakember.
Az emberi testtel közvetlenül érintkező elektronikának könnyű, rugalmas és biológiailag kompatibilis elektronikából kell készülnie. Az olyan szerves polimer anyagok, mint az OMIEC, amelyek ionokat és elektronokat is képesek szállítani, kiváló építőelemek az ilyen eszközök tranzisztoraihoz. "Az ion- és elektronvezetőképesség azonban ellentétes tendenciákat mutat. Vagyis az ionfelvétel javítása általában az elektronikus mobilitás feláldozásával jár" - tette hozzá Gumyusenge.
A tudós és a kollégái arra gondoltak, hogy jobb OMIEC-et tudnának-e építeni úgy, hogy új kopolimereket terveznek az alapoktól kezdve, egy DPP nevű, nagy vezetőképességű pigmentet használva és megtervezve a kopolimer kémiai gerincét és oldalláncait. Az egyes oldalláncok sűrűségének szelektív szabályozásával a kutatók képesek voltak maximalizálni mind az ionáteresztő képességet, mind az elektrontöltés transzportját. A szakértő hangsúlyozta, hogy ez a technika "az OMIEC-ek széles könyvtárának létrehozására használható ... így feloldva a jelenlegi, egyetlen anyagból készült, mindenre alkalmas szűk keresztmetszetet", amely jelenleg az ionelektronikus eszközökben létezik.
"Az újonnan tervezett OMIEC-ek 300 Celsius-fokon felül is megőrzik az elektrokémiai tulajdonságaikat, így kompatibilisek a hagyományos integrált áramkörök gyártásához használt kereskedelmi gyártási körülményekkel. Tekintettel arra, hogy az OMIEC tervezési folyamata lágyabb és "ionbarát" építőelemek hozzáadásával járt, a polimerek termikus tulajdonságai és a hőkezelés hatása "lenyűgöző és kellemes meglepetés volt" - fejtette ki a kutató.
Az MIT munkatársainak tervezési stratégiája lehetővé teszi az OMIEC azon képességének hangolását, hogy ionalapú elektrokémiai töltést fogadjon és tartson meg. A folyamat hasonlít ahhoz, ami a biológiai neuronoknál történik, amelyek a tanulás és a memória során ionok segítségével kommunikálnak. Ez elgondolkodtatta Gumyusenge csapatát: használhatók-e az OMIEC-ek olyan eszközökben, amelyek az agyban lévő neuronok közötti szinaptikus kapcsolatokat utánozzák? Az MIT tanulmánya kimutatta, hogy a mesterséges szinapszisok képesek olyan módon jeleket vezetni, amely hasonlít a tanulás alapjául szolgáló szinaptikus plaszticitáshoz, valamint a szinapszis jelátvitelének tartós megerősítéséhez, amely hasonlít a memória kialakulásának biológiai folyamatához.
A szakemberek szerint egy napon az ilyen típusú mesterséges szinapszisok képezhetik a mesterséges neurális hálózatok alapját, amelyek még erőteljesebbé tehetik az elektronika és a biológia integrációját. Gumyusenge szerint például "az olyan anyagok, mint az általunk bemutatott polimer, ígéretes jelöltek a zárt hurkú visszacsatolási rendszerek kifejlesztése felé", amelyek olyan dolgokat tehetnének, mint például az ember inzulinszintjének figyelése és az adatok alapján automatikusan adagolhatnák a megfelelő inzulinadagot.
Az MIT mérnökei olyan szerves polimereket fejlesztettek ki, amelyek hatékonyan képesek a biológiai szövetek jeleit a tranzisztorokban használt elektronikus jelekké alakítani. Bizonyos, az emberi testtel integrálódó elektronikák - például az izzadtságot mérő okosórák - úgy működnek, hogy a biológiai szövetek ionalapú jeleit átalakítják a tranzisztorokban használt elektronalapú jelekké. Az ezekben az eszközökben használt anyagokat azonban gyakran úgy tervezik, hogy az elektronikai teljesítmény feláldozása mellett maximalizálják az ionfelvételt. Ennek orvoslására az MIT kutatói olyan stratégiát dolgoztak ki ezen anyagok, az úgynevezett szerves vegyes ionos-elektronikus vezetők (OMIEC) tervezésére, amely egyensúlyba hozza az ionos és az elektronikus képességeiket.
Aristide Gumyusenge professzor, az MIT munkatársa elmondta, hogy ezek az optimalizált OMIEC-ek még tanulni is képesek és a biológiai neuronokat utánzó módon képesek megtartani ezeket a jeleket. "Ez a viselkedés kulcsfontosságú a következő generációs, biológia által inspirált elektronikához és a test-gép interfészekhez, ahol a mesterséges alkatrészeinknek ugyanazt a nyelvet kell beszélniük, mint a természeteseknek a zökkenőmentes integráció érdekében" - közölte a szakember.
Az emberi testtel közvetlenül érintkező elektronikának könnyű, rugalmas és biológiailag kompatibilis elektronikából kell készülnie. Az olyan szerves polimer anyagok, mint az OMIEC, amelyek ionokat és elektronokat is képesek szállítani, kiváló építőelemek az ilyen eszközök tranzisztoraihoz. "Az ion- és elektronvezetőképesség azonban ellentétes tendenciákat mutat. Vagyis az ionfelvétel javítása általában az elektronikus mobilitás feláldozásával jár" - tette hozzá Gumyusenge.
A tudós és a kollégái arra gondoltak, hogy jobb OMIEC-et tudnának-e építeni úgy, hogy új kopolimereket terveznek az alapoktól kezdve, egy DPP nevű, nagy vezetőképességű pigmentet használva és megtervezve a kopolimer kémiai gerincét és oldalláncait. Az egyes oldalláncok sűrűségének szelektív szabályozásával a kutatók képesek voltak maximalizálni mind az ionáteresztő képességet, mind az elektrontöltés transzportját. A szakértő hangsúlyozta, hogy ez a technika "az OMIEC-ek széles könyvtárának létrehozására használható ... így feloldva a jelenlegi, egyetlen anyagból készült, mindenre alkalmas szűk keresztmetszetet", amely jelenleg az ionelektronikus eszközökben létezik.
"Az újonnan tervezett OMIEC-ek 300 Celsius-fokon felül is megőrzik az elektrokémiai tulajdonságaikat, így kompatibilisek a hagyományos integrált áramkörök gyártásához használt kereskedelmi gyártási körülményekkel. Tekintettel arra, hogy az OMIEC tervezési folyamata lágyabb és "ionbarát" építőelemek hozzáadásával járt, a polimerek termikus tulajdonságai és a hőkezelés hatása "lenyűgöző és kellemes meglepetés volt" - fejtette ki a kutató.
Az MIT munkatársainak tervezési stratégiája lehetővé teszi az OMIEC azon képességének hangolását, hogy ionalapú elektrokémiai töltést fogadjon és tartson meg. A folyamat hasonlít ahhoz, ami a biológiai neuronoknál történik, amelyek a tanulás és a memória során ionok segítségével kommunikálnak. Ez elgondolkodtatta Gumyusenge csapatát: használhatók-e az OMIEC-ek olyan eszközökben, amelyek az agyban lévő neuronok közötti szinaptikus kapcsolatokat utánozzák? Az MIT tanulmánya kimutatta, hogy a mesterséges szinapszisok képesek olyan módon jeleket vezetni, amely hasonlít a tanulás alapjául szolgáló szinaptikus plaszticitáshoz, valamint a szinapszis jelátvitelének tartós megerősítéséhez, amely hasonlít a memória kialakulásának biológiai folyamatához.
A szakemberek szerint egy napon az ilyen típusú mesterséges szinapszisok képezhetik a mesterséges neurális hálózatok alapját, amelyek még erőteljesebbé tehetik az elektronika és a biológia integrációját. Gumyusenge szerint például "az olyan anyagok, mint az általunk bemutatott polimer, ígéretes jelöltek a zárt hurkú visszacsatolási rendszerek kifejlesztése felé", amelyek olyan dolgokat tehetnének, mint például az ember inzulinszintjének figyelése és az adatok alapján automatikusan adagolhatnák a megfelelő inzulinadagot.