Aivoprosesseja paperitransistoreilla

Joukko kiinalaisia tutkijoita ovat luoneet paperipohjaisen transistorin, joka jäljittelee ihmisen aivojen sähkökemiallista signalointia. Kehitetty ohutkalvotransistori (TFT) on suunniteltu jäljittelemään kahden neuronin välistä liitosta, joka tunnetaan biologisena synapsina.

Uusista transistoreista saattaisi tulla keskeinen komponentti kehitettäessä neuroverkkoja, joita voitaisiin käyttää eri aloilla alkaen robotiikasta tietokoneen prosessointiin. Paperille valmistettuna transistori on joustava, ympäristöystävällinen ja halvempi valmistaa.

Keinotekoisen synaptisen TFT:n kanava ja hilaelektrodi koostuvat indium sinkkioksidista (IZO) ja välissä on 550 nanometrin paksuinen kalvo nanorakeista piidioksidielektrolyyttiä.

Biologinen synapsi on pieni rako lähekkäisten neuronien välissä jonka yli signaaleja välitetään kemiallisesti. Neuronit ovat sähköisesti virittyviä ja voivat vapauttaa kemikaaleja synapsin yli, jotka sitten vastakkainen neuroni vastaanottaa ja pistää signaalin kulkemaan edelleen. Näin synapsit ja neuronit siirtävät signaaleja aivoissa.

Vastaavasti tutkijat toivat pienen jännitteen laitteensa ensimmäiselle elektrodille, mikä aiheutti positiivisten protonien – kuten välittäjäkemikaali – siirtymisen piidioksidikalvosta kohti negatiivisesti varautuneita elektroneja vastapuoleisessa IZO-kanavassa.

Kun aivoissa yhä enemmän välittäjäaineita johdetaan tietyn synapsin yli, kahden neuronin välinen yhteys voimistuu ja tämä muodostaa sen perustan, miten me opimme ja muistamme asioita.

Vastaava ilmiö syntyi tutkijoiden laitteessa kun siihen syötettiin kaksi lyhyttä jännitepulssia lyhyessä ajassa, jolloin toinen pulssi sai aikaan suuremman virran IZO-kanavassa verrattuna ensimmäiseksi pulssiin, ikään kuin se olisi "muistanut" ensimmäinen pulssin.

Tutkimuksen vastaava tekijä, Qing Wan Nanjing Universitystä, toteaa: -Paperisia synapseja voitaisiin käyttää koottaessa kevyitä ja biologisesti sopivia neuroverkkoja ja samalla sen joustavuutta ja biologista yhteensopivuutta voidaan käyttää luomaan täydellinen organismi-kone -rajapinta moniin biologisiin sovelluksiin.