Сучасний штучний інтелект уже перевершує людину в багатьох завданнях — від розпізнавання зображень до аналізу медичних даних. Але є одна сфера, де навіть найпросунутіше «залізо» досі безсиле: безпосередня робота всередині людського тіла.
Проблема криється не в алгоритмах, а у фізиці. Тіло людини м’яке, рухливе й постійно змінює форму, тоді як традиційні електронні компоненти залишаються жорсткими. Чипи, датчики й електроди, прикріплені до серця, легенів чи суглобів, з часом втрачають контакт із тканинами, викликають подразнення або просто виходять з ладу.
Тому дослідники все частіше відмовляються від ідеї «пристосувати тіло до електроніки» і переходять до протилежного підходу — створюють електроніку, яка поводиться як біологічна тканина.
Огляд, опублікований у журналі International Journal of Extreme Manufacturing, описує новий напрям — м’яку нейроморфну електроніку. Це матеріали та пристрої, які одночасно можуть відчувати сигнали, зберігати інформацію та виконувати обчислення, при цьому залишаючись гнучкими, розтяжними й сумісними з живими тканинами.
Електроніка, натхненна мозком
На відміну від класичних схем, де електрони рухаються металевими провідниками, нові системи використовують м’які полімери та іоногелі. У них рухаються не лише електрони, а й іони — що наближає принцип роботи до того, як функціонує нервова система людини.
Такий процес називають органічною змішаною іонно-електронною провідністю. Матеріал може змінювати свій електричний стан залежно від середовища, буквально «запам’ятовуючи» попередні сигнали.
У результаті один м’який транзистор здатний імітувати синаптичну пластичність — той самий механізм, завдяки якому мозок навчається, посилюючи або послаблюючи зв’язки між нейронами. Фактично, сама електроніка починає поводитися як система, що навчається.
Розтяжна, як шкіра
Сучасні матеріали вже дозволяють створювати компоненти, які можуть розтягуватися більш ніж на 140% своєї довжини — це навіть більше, ніж здатна розтягнутися людська шкіра. Такі пристрої можуть працювати на суглобах, м’язах або інших рухливих ділянках без втрати функціональності.
Ще одна важлива перевага — наднизьке енергоспоживання. Деякі системи працюють при напрузі менше ніж 0,5 вольта, що мінімізує нагрів і знижує ризик пошкодження тканин при тривалому контакті з тілом.
Це відкриває шлях до нового покоління носимих технологій. Замість окремих датчиків на шкірі можна буде створювати цілі «розумні поверхні», де сенсори, пам’ять і обчислення об’єднані в одному матеріалі. Такі системи зможуть локально аналізувати дотик, рух і біосигнали без постійної передачі даних на зовнішній пристрій.
Від лабораторії до медицини
Попри значний прогрес, технологія ще далека від клінічного застосування. Однією з головних проблем залишається стабільність пам’яті: багато м’яких пристроїв не здатні довго зберігати інформацію після вимкнення сигналу.
Щоб вирішити це, вчені розробляють так звані «острівно-місткові» архітектури. У них крихітні жорсткі елементи виконують функцію стабільної пам’яті, а гнучкі з’єднання між ними забезпечують розтяжність усієї системи.
Дослідники вважають, що поєднання таких архітектур із біосумісними матеріалами може стати основою для нового покоління електроніки — тієї, що зможе довготривало працювати всередині людського організму і навчатися разом із ним.
Джерело: portaltele.com.ua