Investigadores crean microsistema electrónico inteligente y autosuficiente a partir de material verde

Un equipo de investigación de la Universidad de Massachusetts Amherst ha creado un microsistema electrónico que puede responder de manera inteligente a las entradas de información sin ninguna fuente específica de energía externa, al igual que un organismo vivo autónomo.

Microsistema Air-Gen.

Esta ilustración captura la esencia del microsistema electrónico recientemente desarrollado. Crédito: UMass Amherst.

El microsistema está construido a partir de un nuevo tipo de electrónica que puede procesar señales electrónicas ultrabajas e incorpora un dispositivo que puede generar electricidad «de la nada», a partir del entorno ambiental.

La innovadora investigación se publicó el 7 de junio en la revista Nature Communications.

Jun Yao, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática (ECE) y adjunto de ingeniería biomédica, dirigió la investigación con su colaborador de confianza, Derek R. Lovley, profesor distinguido de microbiología.

Ambos componentes clave del microsistema están hechos de nanocables de proteínas, un material electrónico «verde» que se produce de forma renovable a partir de microbios sin producir «desechos electrónicos». La investigación presagia el potencial de la electrónica ecológica futura fabricada a partir de biomateriales sustentables que son más susceptibles de interactuar con el cuerpo humano y diversos entornos.

Dispositivos de nanocables de proteínas flexibles. Crédito: UMass.

Este innovador proyecto está produciendo un «microsistema inteligente autosostenido», según el Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de los EE.UU. (DEVCOM), que está financiando la investigación.

Tianda Fu, un estudiante de posgrado del grupo de Yao, es el autor principal.

«Es un comienzo emocionante para explorar la viabilidad de incorporar características “vivas” en la electrónica. Pronto esperamos versiones más evolucionadas», dijo Fu.

El proyecto representa una desarrollo continuo de la investigación del equipo. Anteriormente, los investigadores habían descubierto que la electricidad se puede generar a partir del ambiente (o humedad ambiental) con un generador de aire basado en nanocables de proteínas (o Air-Gen), un dispositivo que produce electricidad continuamente en casi todos los ambientes que se encuentran en la Tierra.

La invención de Air-Gen se informó en Nature en 2020. Es mismo año, el laboratorio de Yao informó que los nanocables de proteínas se pueden usar para construir dispositivos electrónicos llamados memristores (una contracción de las palabras ‘memoria’ y ‘resistor’) que pueden imitar la computación del cerebro y trabajar con señales eléctricas ultrabajas que coinciden con las amplitudes de las señales biológicas.

Diagrama esquemático y de circuito de una interfaz portátil integrada. Crédito: UMass.

«Ahora juntamos los dos», explicó Yao sobre la creación. «Hacemos microsistemas en los que la electricidad de Air-Gen se utiliza para impulsar sensores y circuitos construidos a partir de memristores de nanocables de proteínas. Ahora, el microsistema electrónico puede obtener energía del entorno para respaldar la detección y la computación sin la necesidad de una fuente de energía externa (por ejemplo, batería). Tiene plena auto-sostenibilidad e inteligencia energética, al igual que la autonomía en un organismo vivo».

El sistema también está hecho de biomaterial respetuoso con el medio ambiente: nanocables de proteínas extraídos de bacterias.

Yao y Lovley desarrollaron el Air-Gen a partir del microbio Geobacter, descubierto por Lovley hace muchos años, que luego se utilizó para crear electricidad a partir de la humedad del aire y luego para construir memristores capaces de imitar la inteligencia humana.

«Entonces, tanto por la función como por el material —señala Yao—, estamos haciendo que un sistema electrónico sea más bio-similar o más vivo».

«El trabajo demuestra que se puede fabricar un microsistema inteligente autosostenido», dijo Albena Ivanisevic, directora del programa de biotrónica en el DEVCOM.

«El equipo de UMass ha demostrado el uso de neuronas artificiales en la computación. Es particularmente emocionante que los memristores de nanocables de proteínas muestren estabilidad en un ambiente acuoso y sean susceptibles de funcionalización adicional. La funcionalización adicional no solo promete aumentar su estabilidad sino también expandir su utilidad por sensores y modalidades de comunicación novedosas de importancia para el Ejército», concluyó.

Fuente: Phys.org. Edición: MP.

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