Un gruppo di ricercatori cinesi ha creato un dispositivo cartaceo che imita la segnalazione elettrochimica nel cervello umano.

Il transistor a film sottile (TFT) è stato progettato per replicare la giunzione tra due neuroni, nota come sinapsi biologica, e potrebbe diventare una componente chiave nello sviluppo di reti neurali artificiali, che potrebbe essere utilizzato in una vasta gamma di campi dalla robotica all'elaborazione informatica.

Il TFT, che è stato presentato oggi sulla rivista Nanotecnologia , è l'ultimo dispositivo fabbricato su carta, rendere l'elettronica più flessibile, più economico da produrre e rispettoso dell'ambiente.

Il TFT sinaptico artificiale consisteva in ossido di zinco indio (IZO), sia come canale che come elettrodo di gate, separato da un film di 550 nanometri di spessore di biossido di silicio elettrolita nanogranulare, che è stato fabbricato utilizzando un processo noto come deposizione chimica da vapore.

Il progetto era specifico per quello di una sinapsi biologica, un piccolo spazio tra i neuroni adiacenti su cui passano i segnali chimici ed elettrici. È attraverso queste sinapsi che i neuroni sono in grado di trasmettere segnali e messaggi al cervello.

Tutti i neuroni sono eccitabili elettricamente, e può generare un "picco" quando la tensione del neurone cambia di quantità sufficientemente grandi. Questi picchi fanno fluire i segnali attraverso i neuroni che fanno sì che il primo neurone rilasci sostanze chimiche, noti come neurotrasmettitori, attraverso la sinapsi, che vengono poi ricevuti dal secondo neurone, passare il segnale.

Simile a questi picchi di output, i ricercatori hanno applicato una piccola tensione al primo elettrodo nel loro dispositivo che ha causato la migrazione dei protoni, che agiscono come neurotrasmettitori, dai film di biossido di silicio verso il canale IZO opposto.

Poiché i protoni sono carichi positivamente, ciò ha causato l'attrazione verso di loro di elettroni carichi negativamente nel canale IZO che successivamente ha permesso a una corrente di fluire attraverso il canale, mimando il passaggio di un segnale in un neurone normale.

Man mano che sempre più neurotrasmettitori passano attraverso una sinapsi tra due neuroni nel cervello, la connessione tra i due neuroni diventa più forte e questo costituisce la base del modo in cui apprendiamo e memorizziamo le cose.

Questo fenomeno, nota come plasticità sinaptica, è stato dimostrato dai ricercatori nel proprio dispositivo. Hanno scoperto che quando due brevi tensioni sono state applicate al dispositivo in un breve lasso di tempo, la seconda tensione è stata in grado di innescare una corrente maggiore nel canale IZO rispetto alla prima tensione applicata, come se avesse 'ricordato' la risposta della prima tensione.

Autore corrispondente dello studio, Qing Wan, dalla Scuola di Scienze e Ingegneria Elettronica, Università di Nanchino, ha dichiarato:"Una sinapsi cartacea potrebbe essere utilizzata per costruire reti neurali artificiali leggere e biologicamente compatibili, e, allo stesso tempo, con i vantaggi di flessibilità e biocompatibilità, potrebbe essere usato per creare l'interfaccia perfetta organismo-macchina per molte applicazioni biologiche.'