Une équipe de recherche de l'Université du Massachusetts Amherst a créé un microsystème électronique qui peut répondre intelligemment aux entrées d'informations sans apport d'énergie externe, un peu comme un organisme vivant autonome. Le microsystème est construit à partir d'un nouveau type d'électronique capable de traiter des signaux électroniques ultra-faibles et intègre un dispositif capable de générer de l'électricité « à partir de rien » à partir de l'environnement ambiant.

La recherche révolutionnaire a été publiée le 7 juin dans la revue Communication Nature .

Jun Yao, un professeur assistant en génie électrique et informatique (ECE) et un professeur adjoint en génie biomédical, a dirigé les recherches avec son collaborateur de longue date, Derek R. Lovley, un professeur émérite en microbiologie.

Les deux composants clés du microsystème sont fabriqués à partir de nanofils de protéines, un matériel électronique « vert » qui est produit de manière renouvelable à partir de microbes sans produire de « déchets électroniques ». La recherche annonce le potentiel d'une future électronique verte fabriquée à partir de biomatériaux durables qui sont plus aptes à interagir avec le corps humain et divers environnements.

Ce projet révolutionnaire produit un « microsystème intelligent autonome, " selon le laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine, qui finance la recherche.

Tianda Fu, un étudiant diplômé dans le groupe de Yao, est l'auteur principal. « C'est un début passionnant pour explorer la faisabilité d'intégrer des fonctionnalités « vivantes » dans l'électronique. J'attends avec impatience des versions plus évoluées, " dit Fu.

Le projet représente une évolution continue des recherches récentes de l'équipe. Précédemment, l'équipe de recherche a découvert que l'électricité peut être générée à partir de l'environnement/de l'humidité ambiante avec un générateur d'air à base de nanofils de protéines (ou « Air-Gen »), un appareil qui produit en continu de l'électricité dans presque tous les environnements trouvés sur Terre. L'invention d'Air-Gen a été signalée dans La nature en 2020.

Toujours en 2020, Le laboratoire de Yao signalé dans Communication Nature que les nanofils de protéines peuvent être utilisés pour construire des dispositifs électroniques appelés memristors qui peuvent imiter le calcul cérébral et fonctionner avec des signaux électriques ultra-faibles qui correspondent aux amplitudes des signaux biologiques.

"Maintenant, nous rassemblons les deux, " Yao a déclaré à propos de la création. "Nous fabriquons des microsystèmes dans lesquels l'électricité d'Air-Gen est utilisée pour piloter des capteurs et des circuits construits à partir de memristors à nanofils protéiques. Désormais, le microsystème électronique peut obtenir de l'énergie de l'environnement pour prendre en charge la détection et le calcul sans avoir besoin d'une source d'énergie externe (par exemple, une batterie). Il a une autonomie énergétique et une intelligence complètes, tout comme l'autonomie d'un organisme vivant."

Le système est également fabriqué à partir de biomatériaux respectueux de l'environnement, des nanofils de protéines récoltés à partir de bactéries. Yao et Lovley ont développé l'Air-Gen à partir du microbe Geobacter, découvert par Lovley il y a de nombreuses années, qui a ensuite été utilisé pour créer de l'électricité à partir de l'humidité de l'air et plus tard pour construire des memristors capables d'imiter l'intelligence humaine.

"Donc, de la fonction et du matériel, " dit Yao, "nous rendons un système électronique plus bio-similaire ou plus vivant."

"Le travail démontre que l'on peut fabriquer un microsystème intelligent autonome, " a déclaré Albena Ivanisevic, le gestionnaire de programme de biotronique au laboratoire de recherche de l'armée du commandement du développement des capacités de combat de l'armée américaine. "L'équipe d'UMass a démontré l'utilisation de neurones artificiels dans le calcul. Il est particulièrement intéressant que les memristors de nanofils protéiques présentent une stabilité dans un environnement aqueux et se prêtent à une fonctionnalisation supplémentaire. Une fonctionnalisation supplémentaire promet non seulement d'augmenter leur stabilité, mais également d'étendre leur utilité pour les capteurs et les nouvelles modalités de communication d'importance pour l'armée.