Struttura e materiali delle sinapsi trasparenti e flessibili. a) Illustrazione delle strutture identiche di bio-sinapsi e sinapsi artificiale. I due elettrodi e lo strato funzionale corrispondono alla pre-sinapsi, post-sinapsi, e fessura sinaptica, rispettivamente. b) Schema del dispositivo sinaptico artificiale flessibile e trasparente ITO/PEDOT:PSS/ITO. c) immagini SEM in alto e d) sezioni trasversali del film PEDOT:PSS sul substrato di Si. Lo spessore del film era di 42,18 nm. e) Struttura schematica e f) Spettri Raman di PEDOT:PSS. g) Spettro di trasmittanza del PET/ITO, PET/ITO/PEDOT:PSS, e strutture PET/ITO/PEDOT:PSS/ITO. h) Immagine AFM (2×2 μm2) del film PEDOT:PSS sul substrato PET/ITO. La rugosità media quadratica media (Rq) era di 1,99 nm. Credito:Wang et al.
La maggior parte dei sistemi di intelligenza artificiale (AI) cerca di replicare meccanismi e comportamenti biologici osservati in natura. Un esempio chiave di ciò sono le sinapsi elettroniche (e-sinapsi), che cercano di riprodurre giunzioni tra cellule nervose che consentono la trasmissione di segnali elettrici o chimici a cellule bersaglio nel corpo umano, note come sinapsi.
Negli ultimi anni, i ricercatori hanno simulato funzioni sinaptiche versatili utilizzando singoli dispositivi fisici. Questi dispositivi potrebbero presto consentire l'apprendimento avanzato e capacità di memoria nelle macchine, emulare le funzioni del cervello umano.
Recenti studi hanno proposto flessibili, dispositivi elettronici trasparenti e persino biocompatibili per il riconoscimento di modelli, che potrebbe aprire la strada a una nuova generazione di sistemi sinaptici indossabili e impiantabili. Queste sinapsi elettroniche "invisibili", però, presentano un notevole svantaggio:si dissolvono facilmente in acqua o in soluzioni organiche, che è tutt'altro che ideale per le applicazioni indossabili.
Per superare questo limite, ricercatori della Fudan University di Shangai hanno deciso di sviluppare una nuova stalla, sinapsi flessibile e impermeabile adatta per applicazioni in ambienti organici. Il loro studio, delineato in un articolo pubblicato sulla Royal Society of Chemistry's Orizzonti su nanoscala rivista, presenta un nuovo dispositivo elettronico completamente trasparente che emula i comportamenti sinaptici essenziali, come la facilitazione dell'impulso accoppiato (PPF), processi di potenziamento/depressione a lungo termine (LTP/LTD) e apprendimento-dimenticamento-riapprendimento.
"Nel presente lavoro, una sinapsi artificiale stabile e impermeabile basata su un dispositivo elettronico completamente trasparente, adatto per applicazioni indossabili in un ambiente organico, è per la prima volta dimostrato, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo.
Il flessibile, dispositivo completamente trasparente e impermeabile sviluppato dai ricercatori ha finora ottenuto risultati notevoli, con una trasmittanza ottica di ~87,5% nel campo della luce visibile. È stato anche in grado di replicare in modo affidabile i processi LTP/LTD in condizioni di piegatura. LTP/LTD sono due processi che influenzano la plasticità sinaptica, che comportano rispettivamente un aumento e una diminuzione della forza sinaptica.
I ricercatori hanno testato le loro sinapsi immergendole in acqua e in cinque comuni solventi organici per oltre 12 ore. Hanno scoperto che funzionavano con 6000 picchi senza un notevole degrado. I ricercatori hanno anche usato le loro e-synapsi per sviluppare un framework di simulazione a livello di dispositivo-sistema, che ha raggiunto una precisione di riconoscimento delle cifre scritte a mano del 92,4%.
"Il dispositivo ha dimostrato un'eccellente trasparenza dell'87,5% alla lunghezza d'onda di 550 nm e flessibilità a un raggio di 5 mm, " hanno scritto i ricercatori nel loro articolo. "Caratteristiche tipiche della plasticità sinaptica, compresi EPSC/IPSC, PPF e processi di apprendimento-dimentica-riapprendimento, sono stati emulati. Per di più, l'e-sinapsi ha mostrato comportamenti LTP/LTD affidabili a stati piatti e piegati, anche dopo essere stati immersi in acqua e solventi organici per oltre 12 ore."
Il dispositivo proposto da questo team di ricercatori è la prima e-synapsi "invisibile" e impermeabile in grado di operare in modo affidabile in ambienti organici senza alcun danno o deterioramento. Nel futuro, potrebbe aiutare lo sviluppo di nuovi affidabili sistemi neuromorfici ispirati al cervello, compresi i dispositivi indossabili e impiantabili.
© 2019 Scienza X Rete
