Taśma klejąca i grafit wywołały furię w fizyce. Czy to kwantowy przełom z szuflady?
Dwa kawałki taśmy klejącej, kawałek grafitu i odrobina przypadku. Tak w 2004 roku odkryto grafen, materiał, który zrewolucjonizował fizykę materii skondensowanej. Dziś naukowcy idą o krok dalej - tworzą miękkie, rozciągliwe układy scalone, które emulują pracę ludzkiego mózgu i mogą zrosnąć się z naszym ciałem.
pl.
👁 139 przeczytań
- Miękkie tranzystory organiczne mogą odtworzyć plastyczność synaptyczną mózgu, działając na zasadzie wchłaniania i uwalniania jonów.
- Elastyczne komponenty rozciągają się do 140% pierwotnej długości i działają przy napięciu poniżej 0,5 V, co czyni je bezpiecznymi dla tkanek.
- Architektura wyspa-most łączy sztywne mikroskopijne elementy pamięci z elastycznym okablowaniem, rozwiązując problem zbyt szybkiej utraty danych.
Gdybyśmy chcieli połączyć sztuczną inteligencję bezpośrednio z ciałem, mielibyśmy kłopot. Silikonowe procesory, które napędzają dzisiejsze algorytmy, są twarde jak skała. Umieszczone na bijącym sercu lub zginającym się mięśniu drapią tkankę, odklejają się i w końcu po prostu przestają działać. To fizyczna bariera, która od lat spędza sen z powiek inżynierom biomedycznym. Jednak najnowszy przegląd opublikowany w International Journal of Extreme Manufacturing pokazuje, że rozwiązanie może być bardziej organiczne, niż ktokolwiek przypuszczał. Zamiast zmuszać elektrony do wędrówki sztywnymi miedzianymi ścieżkami, naukowcy proponują układy, które naśladują chemię mózgu: miękkie, rozciągliwe i w pełni biokompatybilne.
Gąbka, która uczy się jak neuron
Tradycyjne chipy operują na elektronach. Nowe urządzenia, o których piszą badacze, wykorzystują organiczny mieszany przewodnictwo jonowo-elektronowe. W praktyce aktywny element działa jak mikroskopijna gąbka - wchłania jony z otoczenia i uwalnia je, przeprogramowując swoje wewnętrzne obwody.
Ten podwójny ruch jonów i elektronów pozwala pojedynczemu miękkiemu tranzystorowi odtworzyć zjawisko zwane plastycznością synaptyczną - ten sam mechanizm, którego używają komórki nerwowe w naszym mózgu, by wzmacniać lub osłabiać połączenia podczas uczenia się i zapominania. Fizyka materii skondensowanej łączy się tu z neurobiologią i biologią syntetyczną.
Rozciągliwa elektronika - bardziej elastyczna niż ludzka skóra
Jednym z największych wyzwań było stworzenie materiałów, które przetrwają w dynamicznym środowisku ciała. Najnowsze osiągnięcia są imponujące: elastyczne komponenty rozciągają się aż do 140% swojej pierwotnej długości bez utraty funkcji obliczeniowych. To więcej niż naturalna elastyczność ludzkiej skóry - zaznacza zespół w swojej publikacji. Dzięki temu układy można umieścić na ruchomych stawach, a będą pracować bez zakłóceń.
Co więcej, urządzenia te działają przy ultra niskim napięciu - poniżej 0,5 V. To ułamek energii, jaką dostarcza standardowa bateria AA. Dzięki temu są całkowicie bezpieczne termicznie i elektrycznie dla ciągłego kontaktu z narządami. Potrafią już klasyfikować rytmy serca, wykonując złożone zadania obliczeniowe bez ryzyka przegrzania.
Rewolucja w produkcji: drukujemy jednym ciągiem
Ta zmiana materiałowa otwiera zupełnie nowe możliwości w wytwarzaniu. Zamiast montować sztywne czujniki na elastycznych podkładach - co jest skomplikowane i zawodne - fabryki mogą po prostu wydrukować monolityczne, miękkie sieci obliczeniowe. W jednym, ciągłym procesie łączy się w nich czujniki, pamięć i procesor w jedną elastyczną tkaninę.
To milowy krok w stronę elektronicznej skóry i miękkich protez, które interpretują dotyk i ruch lokalnie - bez przesyłania danych do zewnętrznego, nieporęcznego komputera. Wyobraźmy sobie opatrunek, który sam monitoruje stan rany i uwalnia lek, albo protezę dłoni, która czuje fakturę przedmiotu.
Pamięć, która nie znika - architektura wysp i mostów
Zanim jednak te rozwiązania trafią do klinik, inżynierowie muszą rozwiązać jeden podstawowy problem. Obecne miękkie komponenty pamięciowe tracą swój stan zbyt szybko po zaniku sygnału - nie nadają się więc do długotrwałego przechowywania danych. Tu z pomocą przychodzi pomysł architektury „wyspa-most”.
Projekt polega na umieszczeniu trwałych elementów pamięci na sztywnych, mikroskopijnych „wyspach”, które są chronione przed naprężeniami, ale połączone ze sobą elastycznym, zwiniętym okablowaniem - „mostami”. To hybrydowe rozwiązanie pozwala zachować zalety miękkiej elektroniki, nie rezygnując z nieulotności pamięci. Naukowcy podkreślają, że parowanie tych struktur z chemicznie stabilnymi i nietoksycznymi materiałami daje „konkretną, praktyczną ścieżkę do przejścia od testów laboratoryjnych do niezawodnego, długoterminowego zintegrowania z ciałem człowieka”.
Google · Twoje źródłaPromptowy wyżej w Twoim Google - jednym kliknięciemDodaj do preferowanych źródeł →Co dalej? Od laboratorium do ludzkiego ciała
Przed nami wciąż sporo wyzwań. Największe z nich to zapewnienie stabilności materiałów przez lata, a nie dni, oraz opracowanie standardów bezpieczeństwa dla wszczepialnej elektroniki neuromorficznej. Jednak kierunek jest jasny: przyszłość komputerów nie leży w krzemie, a w polimerach i żelach jonowych. Zamiast wkładać mózg do maszyny, docelowo nauczymy się wkładać maszynę do mózgu - a przynajmniej do naszego krwiobiegu. Ostatecznym celem staje się nie tyle szybszy procesor, co taki, który może stać się częścią nas.
Cały tydzień w AI, w jednym mailu
Wybrane premiery, narzędzia i analizy. Raz w tygodniu, prosto do skrzynki.
Zapisz się za darmo →Najczęstsze pytania
Czym różni się miękka elektronika neuromorficzna od zwykłych procesorów krzemowych?
Miękka elektronika neuromorficzna wykorzystuje organiczne przewodnictwo jonowo-elektronowe zamiast przepływu elektronów w krzemie. Pojedynczy miękki tranzystor działa jak gąbka wchłaniająca i uwalniająca jony, co pozwala mu naśladować plastyczność synaptyczną komórek nerwowych.
Czy miękka elektronika jest bezpieczna do wszczepienia w ludzkie ciało?
Tak, urządzenia działają przy napięciu poniżej 0,5 V, co eliminuje ryzyko przegrzania i porażenia elektrycznego podczas ciągłego kontaktu z narządami. Naukowcy wskazują, że parowanie tych struktur z chemicznie stabilnymi i nietoksycznymi materiałami tworzy praktyczną ścieżkę do długoterminowego zintegrowania z ciałem człowieka.
Jak działa architektura wyspa-most w miękkiej elektronice?
Trwałe elementy pamięci umieszcza się na sztywnych, mikroskopijnych wyspach chronionych przed naprężeniami mechanicznymi, a łączy je elastyczne, zwinięte okablowanie zwane mostami. Takie hybrydowe rozwiązanie pozwala zachować zalety miękkiej elektroniki bez rezygnowania z nieulotności pamięci.
Do jakich zastosowań medycznych nadaje się drukowana miękka elektronika?
Miękka elektronika może służyć do monitorowania rytmów serca, tworzenia elektronicznej skóry oraz miękkich protez interpretujących dotyk i ruch lokalnie. Badacze wspominają też o opatrunku, który monitoruje stan rany i uwalnia lek, bez przesyłania danych do zewnętrznego komputera.
Pierwszy kwantowy zastrzyk dla AI. Sztuczna inteligencja na nowo uczy się myślećNauka
Quantum computing + AI w farmacji: IBM obiecuje przełom w odkrywaniu lekówPremium
Deadline niemożliwy: USA chcą pierwszego użytecznego komputera kwantowego do 2028 rokuNewsyPodobne tematy na Promptowym
