Ηλεκτρονικά κυκλώματα με ελαστικότητα ανθρώπινου δέρματος και ανθρώπινο… μυαλό

Eρευνητές αντικαθιστούν το άκαμπτο υλικό τεχνητής νοημοσύνης που βασίζεται στο πυρίτιο με ελαστικά νευρομορφικά ηλεκτρονικά τα οποία μιμούνται τον τρόπο με τον οποίο ο εγκέφαλος επεξεργάζεται πληροφορίες ανοίγοντας νέες δυνατότητες για μακροχρόνια ενσωμάτωση ανθρώπου και μηχανής.
Η σύγχρονη τεχνητή νοημοσύνη μπορεί να ξεπερνά τις ανθρώπινες επιδόσεις σε εργασίες όπως η αναγνώριση εικόνων και η ανάλυση ιατρικών δεδομένων όμως υπάρχει ένα περιβάλλον στο οποίο το σημερινό υλικό εξακολουθεί να δυσκολεύεται: το ανθρώπινο σώμα.

Το πρόβλημα είναι απλό. Οι ανθρώπινοι ιστοί είναι μαλακοί, εύκαμπτοι και βρίσκονται σε συνεχή κίνηση. Τα συμβατικά ηλεκτρονικά δεν είναι. Ακόμη και τα πιο προηγμένα τσιπ πυριτίου παραμένουν άκαμπτα, καθιστώντας εξαιρετικά δύσκολη τη μακροχρόνια ενσωμάτωσή τους σε όργανα, μύες και δέρμα. Συσκευές που συνδέονται με μια καρδιά που χτυπά, πνεύμονες που διαστέλλονται ή αρθρώσεις που λυγίζουν μπορούν να ερεθίσουν τους ιστούς, να χάσουν την επαφή τους και τελικά να αποτύχουν.

Οι ερευνητές ακολουθούν πλέον μια εντελώς διαφορετική προσέγγιση. Αντί να αναγκάζουν το σώμα να προσαρμόζεται στα ηλεκτρονικά, επανασχεδιάζουν τα ηλεκτρονικά ώστε να συμπεριφέρονται περισσότερο σαν το ίδιο το σώμα.

Η έμπνευση
Η έρευνα που δημοσιεύθηκε στην επιθεώρηση «International Journal of Extreme Manufacturing» αναδεικνύει την άνοδο των μαλακών νευρομορφικών ηλεκτρονικών, μιας νέας κατηγορίας συσκευών που συνδυάζουν αισθητήρες, μνήμη και υπολογιστική επεξεργασία σε υλικά τα οποία μπορούν να τεντώνονται, να λυγίζουν και να προσαρμόζονται στους ζωντανούς ιστούς. Η τεχνολογία αυτή αντλεί έμπνευση από τον εγκέφαλο όχι μόνο ως προς τον τρόπο επεξεργασίας των πληροφοριών αλλά και ως προς τη φυσική αλληλεπίδραση με το περιβάλλον.

Σε αντίθεση με τα παραδοσιακά κυκλώματα που βασίζονται αποκλειστικά στην κίνηση ηλεκτρονίων μέσα από μεταλλικές διαδρομές, αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούν μαλακά υλικά όπως εύκαμπτα πολυμερή και ιονογέλες (ionogels), τα οποία μεταφέρουν τόσο ηλεκτρόνια όσο και ιόντα.

Ο μηχανισμός αυτός, γνωστός ως οργανική μικτή ιοντική-ηλεκτρονική αγωγιμότητα μοιάζει περισσότερο με την ηλεκτροχημική σηματοδότηση του νευρικού συστήματος. Τα ενεργά υλικά μπορούν να απορροφούν και να απελευθερώνουν ιόντα από το περιβάλλον τους μεταβάλλοντας συνεχώς την εσωτερική ηλεκτρική τους κατάσταση.

Ως αποτέλεσμα ένα μόνο μαλακό τρανζίστορ μπορεί να μιμηθεί τη συναπτική πλαστικότητα δηλαδή τη βιολογική διαδικασία μέσω της οποίας τα νευρικά κύτταρα ενισχύουν ή αποδυναμώνουν τις μεταξύ τους συνδέσεις με την πάροδο του χρόνου. Με άλλα λόγια το ίδιο το υλικό μπορεί να παρουσιάζει συμπεριφορές παρόμοιες με τους μηχανισμούς μάθησης του εγκεφάλου.

Ελαστικά και ενεργειακά αποδοτικά
Οι πρόσφατες εξελίξεις στην επιστήμη των υλικών έχουν προσδώσει σε αυτές τις συσκευές εντυπωσιακή ευκαμψία. Ορισμένα εξαρτήματα μπορούν να επιμηκυνθούν έως και κατά 140% του αρχικού τους μήκους, ξεπερνώντας την φυσική ελαστικότητα του ανθρώπινου δέρματος και επιτρέποντας τη λειτουργία τους σε περιοχές του σώματος με έντονη κίνηση.

Οι συσκευές λειτουργούν επίσης με εξαιρετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας. Χάρη στις αποδοτικές ηλεκτροχημικές διεργασίες αντί της χρήσης μεγάλων ηλεκτρικών ρευμάτων μπορούν να εκτελούν σύνθετες εργασίες όπως η ταξινόμηση καρδιακών ρυθμών, με τάσεις μικρότερες από 0,5 βολτ. Αυτές οι χαμηλές τάσεις λειτουργίας μειώνουν την παραγωγή θερμότητας και την ηλεκτρική καταπόνηση, δύο κρίσιμους παράγοντες για ηλεκτρονικά συστήματα που προορίζονται να παραμένουν σε συνεχή επαφή με ζωντανούς ιστούς.

Η τεχνολογία αυτή θα μπορούσε επίσης να αλλάξει τον τρόπο κατασκευής φορετών συσκευών. Αντί να τοποθετούνται άκαμπτοι αισθητήρες πάνω σε εύκαμπτα υποστρώματα, οι μηχανικοί θα μπορούν να εκτυπώνουν ολοκληρωμένα μαλακά υπολογιστικά δίκτυα που συνδυάζουν αισθητήρες, μνήμη και επεξεργασία μέσα σε ένα ενιαίο ελαστικό υλικό.

Η προσέγγιση αυτή θα μπορούσε να οδηγήσει στη δημιουργία ηλεκτρονικού δέρματος και μαλακών ρομποτικών άκρων, ικανών να ερμηνεύουν το άγγιγμα και την κίνηση τοπικά, χωρίς να χρειάζεται συνεχής αποστολή δεδομένων σε εξωτερικό υπολογιστή.

Πέρα από το εργαστήριο
Παρά την πρόοδο εξακολουθούν να υπάρχουν σημαντικές τεχνικές προκλήσεις πριν τα μαλακά νευρομορφικά ηλεκτρονικά μπορέσουν να χρησιμοποιηθούν κλινικά. Μία από τις μεγαλύτερες δυσκολίες είναι η διατήρηση της μνήμης. Πολλές από τις σημερινές μαλακές διατάξεις μνήμης χάνουν γρήγορα τις αποθηκευμένες πληροφορίες μόλις σταματήσει το ηλεκτρικό σήμα, περιορίζοντας τη χρησιμότητά τους για μακροχρόνια αποθήκευση δεδομένων.

Για να αντιμετωπίσουν το πρόβλημα, οι ερευνητές επικεντρώνονται σε αρχιτεκτονικές τύπου «νησί-γέφυρα» (island-bridge). Σε αυτές τις διατάξεις, τα μόνιμα στοιχεία μνήμης τοποθετούνται πάνω σε μικροσκοπικά άκαμπτα «νησιά» που προστατεύονται από μηχανικές καταπονήσεις, ενώ ιδιαίτερα ελαστικές σπειροειδείς συνδέσεις λειτουργούν ως «γέφυρες» μεταξύ τους.

Οι ερευνητές πιστεύουν ότι ο συνδυασμός αυτών των αρχιτεκτονικών με χημικά σταθερά και μη τοξικά υλικά θα μπορούσε να προσφέρει μια ρεαλιστική πορεία προς την ανάπτυξη ανθεκτικών νευρομορφικών συσκευών, ικανών να ενσωματώνονται μακροπρόθεσμα στο ανθρώπινο σώμα.

ΠΗΓΗ

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

Leave a reply

εισάγετε το σχόλιό σας!
παρακαλώ εισάγετε το όνομά σας εδώ

ΠΡΟΣΦΑΤΑ ΑΡΘΡΑ

Ιστορική απόφαση: Αλλάζει ο τρόπος που μετράμε την ώρα από το 2027!

Μια ιστορική αλλαγή στον τρόπο με τον οποίο μετράμε τον χρόνο παγκοσμίως αποφασίστηκε αυτή την εβδομάδα, καθώς οι αρμόδιοι διεθνείς οργανισμοί συμφώνησαν να καταργήσουν...

Windows 11: Πολύ πιο γρήγορα πλέον, ακόμη και με 8GB RAM

Πριν από περίπου έναν χρόνο, η Microsoft είχε γνωστοποιήσει το πλάνο της για στοχευμένες παρεμβάσεις στα Windows 11, επιχειρώντας να απαντήσει στις ενστάσεις που...

Η EON γίνεται Nova TV και φέρνει μια νέα τηλεοπτική εμπειρία θέασης

Μια αναβαθμισμένη εμπειρία θέασης έρχεται από τις 15 Οκτωβρίου, καθώς η ΕΟΝ δίνει τη θέση της στη Nova TV φέρνοντας νέο look, ταχύτητα και...

iPhone Duo: Από 2.399 ευρώ στην Ελλάδα, ξεκίνησαν οι προπαραγγελίες

Το iPhone Duo, το αναδιπλούμενο iPhone της Apple, κοστίζει στην Ελλάδα από 2.399 ευρώ με 256GB και φτάνει τα 3.949 ευρώ με 2TB. Οι...

Η SpaceX ετοιμάζει δίκτυο κινητής στις ΗΠΑ

Η SpaceX αγοράζει από την Grain Management όλες τις πανεθνικές της άδειες στη ζώνη των 800 MHz στις ΗΠΑ. Η Wall Street Journal ανεβάζει...

ΤΕΛΕΥΤΑΙΕΣ ΠΡΟΣΦΟΡΕΣ

Το Ηλιακό Πάνελ «ΘΗΡΙΟ» των 600W που Χωράει ΠΑΝΤΟΥ!!! Allpowers SP039 στο “πεδίο”… (βίντεο -Review)

Έφερα το μεγαλύτερο φορητό αναδιπλούμενο ηλιακό πάνελ της Allpowers και το δοκιμάζω σε πραγματικές φθινοπωρινές συνθήκες. Ήρθε κατευθείαν από την ευρωπαϊκή αποθήκη και είναι με...

Ήρθε και μου ΑΛΛΑΞΕ… τα ΦΩΤΑ!!! Ακόμη και με “Ροζέτα” Smart πλαφονιέρα Govee (H60C1) Review

Ήρθε από την Ευρώπη και μου άλλαξε τα φώτα — και όχι, ο λόγος δεν είναι μεταφορικός, σοβαρολογώ απόλυτα! Σήμερα σου παρουσιάζω ένα πραγματικά κορυφαίο...

AMOLED, Offline GPS και Στρατιωτική Αντοχή στα 36€;! DTNO.1 DT G9 (Review & Giveaway)

Η DT NO.1 επιστρέφει δυναμικά στην κατηγορία των budget smartwatches με το DT G9, ένα ρολόι που καταφέρνει να συνδυάσει χαρακτηριστικά ανώτερων κατηγοριών σε...

Προτζέκτορας True 4K UHD με 2000 ANSI Lumens στο 400άρι?! Αλήθεια ή “Παραμύθια”;;; Τον μετρήσαμε κι έχουμε την “ετυμηγορία”! (βίντεο – Review)

Υπόσχεται πραγματική True 4K ανάλυση, 2.000 ANSI Lumens φωτεινότητα, σύγχρονο λειτουργικό Android 13 και αποστολή απευθείας από ευρωπαϊκή αποθήκη με κόστος γύρω στα 412€....

Το Jump Starter ΤΕΡΑΣ με 6000A Peak και κομπρεσέρ 160 PSI… Που σώζει το αυτοκίνητό σου κι εσένα! Στα 63€ κομπλέ (βίντεο δοκιμής)

Κάθε χρόνο, μόλις πιάσουν τα πρώτα κρύα, ξεκινάει το ίδιο κλασικό έργο: μπαταρίες που βρίσκονται στο όριο της ζωής τους αρχίζουν να παραδίδουν πνεύμα...