Para ilmuwan mengembangkan neuron buatan yang meniru persepsi manusia
Kemajuan dapat meningkatkan kemampuan perseptual dalam robotika.
Proses biologis yang direkayasa secara artifisial, seperti sistem persepsi, tetap menjadi target yang menantang bagi para ahli elektronik organik karena ketergantungan indera manusia pada jaringan adaptif neuron sensorik yang berkomunikasi dengan menembak sebagai respons terhadap rangsangan lingkungan.
Kolaborasi baru antara Universitas Northwestern dan Georgia Tech telah memajukan lapangan dengan mengembangkan neuron elektrokimia organik berkinerja tinggi yang beroperasi dalam rentang frekuensi neuron manusia. Mereka juga menciptakan sistem persepsi lengkap dengan merancang bahan organik tambahan dan mengintegrasikan neuron rekayasa mereka dengan reseptor sentuh dan sinapsis buatan, memungkinkan penginderaan dan pemrosesan sinyal taktil real-time.
Penelitian, yang dijelaskan dalam sebuah makalah yang baru -baru ini diterbitkan dalam jurnal Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional (PNA)dapat menggerakkan jarum pada robot cerdas dan sistem lain yang saat ini terhalang oleh sistem penginderaan yang kurang kuat daripada manusia.
Kemajuan dalam elektronik organik
“Studi ini menyoroti kemajuan yang signifikan dalam elektronik organik dan penerapannya dalam menjembatani kesenjangan antara biologi dan teknologi,” kata penulis pertama Yao Yao, seorang profesor teknik Northwestern. “Kami menciptakan neuron buatan yang efisien dengan jejak kaki yang berkurang dan karakteristik neuron yang luar biasa. Memanfaatkan kemampuan ini, kami mengembangkan sistem persepsi neuromorfik sentuhan lengkap untuk meniru proses biologis nyata. ”
Menurut penulis yang sesuai Tobin J. Marks, Northwestern's Charles E. dan Emma H. Morrison Profesor Kimia di Weinberg College of Arts and Sciences, sirkuit saraf buatan yang ada cenderung menembak dalam rentang frekuensi sempit.
“Neuron sintetis dalam penelitian ini mencapai kinerja yang belum pernah terjadi sebelumnya dalam modulasi frekuensi penembakan, menawarkan kisaran 50 kali lebih luas dari sirkuit saraf elektrokimia organik yang ada,” kata Marks. “Sebaliknya, karakteristik neuron perangkat kami yang luar biasa menjadikannya sebagai pencapaian lanjutan dalam neuron elektrokimia organik.”
Kontributor utama untuk penelitian ini
Marks adalah pemimpin dunia di bidang kimia organometalik, katalisis kimia, ilmu material, elektronik organik, fotovoltaik, dan nanoteknologi. Dia juga seorang profesor ilmu material dan teknik dan profesor teknik kimia dan biologi di Sekolah Teknik McCormick Northwestern dan sebagai Profesor Fisika Terapan. Penulis co-korespondennya Antonio Facchetti, seorang profesor di Sekolah Ilmu dan Teknik Bahan Georgia Tech, juga berfungsi sebagai profesor kimia tambahan di Northwestern.
“Studi ini menyajikan sistem persepsi taktil neuromorfik lengkap pertama berdasarkan neuron buatan, yang mengintegrasikan reseptor taktil buatan dan sinapsis buatan,” kata Facchetti. “Ini menunjukkan kemampuan untuk mengkodekan rangsangan taktil ke dalam spiking sinyal neuron secara real-time dan lebih lanjut menerjemahkannya ke dalam respons pasca-sinaptik.”
Tim membentang departemen dan sekolah, dengan para peneliti yang berspesialisasi dalam sintesis organik menciptakan bahan canggih yang kemudian dimasukkan oleh para peneliti perangkat elektronik ke dalam desain dan fabrikasi sirkuit, dan integrasi sistem.
Dengan jaringan otak manusia yang luar biasa dari 86 miliar neuron yang siap menembak, sistem penginderaan tetap sulit untuk dibuat ulang. Para ilmuwan dibatasi oleh jejak desain dan dengan jumlah yang dapat mereka buat. Dalam model masa depan, tim berharap untuk lebih mengurangi ukuran perangkat, mengambil proyek selangkah lebih dekat untuk meniru sistem penginderaan manusia sepenuhnya.
Reference: “An organic electrochemical neuron for a neuromorphic perception system” by Yao Yao, Robert M. Pankow, Wei Huang, Cui Wu, Lin Gao, Yongjoon Cho, Jianhua Chen, Dayong Zhang, Sakshi Sharma, Xiaoxue Liu, Yuyang Wang, Bo Peng, Sein Chung, Kilwon Cho, Simone Fabiano, Zunzhong Ye, Jianfeng Ping, Tobin J. Marks dan Antonio Facchetti, 8 Januari 2025, Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Doi: 10.1073/pnas.2414879122
Pekerjaan ini didukung oleh Kantor Penelitian Ilmiah Angkatan Udara (FA9550-22-1-0423), Pusat Sains dan Teknik Bahan Bahan Universitas Northwestern (MRSEC; Penghargaan dari National Science Foundation DMR-230869), Flexterra Corporation, National Science Fund national Foundation (No. 32 dari No. 324040) dan Nasional Nasional.
