نورون مصنوعی قابل چاپ برای نخستین بار ابداع شد

به گزارش مجله خبری نگار،و به نقل از نانوورک، پژوهشگران برای نخستین بار، یک نورون آلی مصنوعی را ابداع کرده‌اند که می‌تواند با یک گیاه زنده و یک سیناپس آلی مصنوعی ادغام شود. نورون و سیناپس مصنوعی، هر دو از ترانزیستور‌های الکتروشیمیایی آلی چاپ‌شده ساخته شده‌اند.

پالس‌های الکتریکی سلول عصبی مصنوعی هنگام اتصال به تله گیاه موسوم به "ونوس مگس‌خوار" (Venus flytrap) می‌تواند به بسته شدن برگ‌های گیاه منجر شود؛ اگرچه هیچ مگسی وارد تله نشده است. نیمه رسانا‌های آلی می‌توانند هم الکترون‌ها و هم یون‌ها را هدایت کنند؛ بدین ترتیب، به تقلید مکانیسم مبتنی بر یون در گیاهان کمک می‌کنند. در این حالت، پالس الکتریکی کمتر از ۰/۶ ولت می‌تواند قابلیتی را به گیاه القا کند که به بسته شدن برگ‌ها می‌انجامد.

"سیمون فابیانو" (Simone Fabiano)، دانشیار حوزه نانوالکترونیک در "دانشگاه لینشوپینگ" (Linköping University) سوئد و پژوهشگر ارشد این پروژه گفت: ما ونوس مگس‌خوار را انتخاب کردیم تا بتوانیم به وضوح نشان دهیم که چگونه می‌توانیم سیستم بیولوژیکی را با سیستم آلی مصنوعی هدایت و آن‌ها را به برقراری ارتباط ترغیب کنیم.

گروه پژوهشی دانشگاه لینشوپینگ در سال ۲۰۱۸، نخستین گروهی بود که مدار‌های الکتروشیمیایی آلی مکمل و قابل چاپ را توسعه داد. این گروه پژوهشی، از پلیمر‌های نوع n و نوع p استفاده کرد که بار‌های منفی و مثبت را هدایت می‌کنند. این کار، امکان ساخت ترانزیستور‌های الکتروشیمیایی آلی مکمل و قابل چاپ را فراهم کرد.

این گروه پژوهشی، ترانزیستور‌های آلی را بهینه‌سازی کرده‌اند تا بتوان آن‌ها را در دستگاه‌های چاپ قرار داد و روی فویل پلاستیکی نازک تولید کرد. با این روش، هزاران ترانزیستور را می‌توان روی یک بستر پلاستیکی چاپ کرد. این گروه پژوهشی به همراه پژوهشگران اهل لوند و گوتنبرگ، از ترانزیستور‌های چاپی برای شبیه‌سازی نورون‌ها و سیناپس‌های سیستم بیولوژیکی استفاده کرده‌اند.
ما برای نخستین بار، از توانایی ترانزیستور برای تغییر براساس غلظت یون برای تعدیل "فرکانس اسپایک" (spiking frequency) استفاده می‌کنیم. فرکانس اسپایک، سیگنالی را ارسال می‌کند که به واکنش سیستم بیولوژیکی منجر می‌شود.

"سیمونه فابیانو" (Simone Fabiano)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما همچنین نشان داده‌ایم که ارتباط میان نورون و سیناپس، یک رفتار یادگیری دارد که "یادگیری هب" (Hebbian learning) نامیده می‌شود. اطلاعات در سیناپس ذخیره می‌شوند که تاثیر سیگنال‌دهی را افزایش می‌دهد.

پژوهشگران امیدوارند که بتوان از سلول‌های عصبی مصنوعی برای پروتز‌های حساس انسان، سیستم‌های قابل کاشت برای تسکین بیماری‌های عصبی و رباتیک نرم هوشمند استفاده کرد.
"چی یوان یانگ" (Chi-Yuan Yang)، از پژوهشگران این پروژه گفت: ما نورون‌هایی مبتنی بر یون، مشابه نورون‌های خودمان ابداع کرده‌ایم که می‌توانند به سیستم‌های بیولوژیکی متصل شوند. نیمه‌رسانا‌های آلی، مزایای بی‌شماری دارند. آن‌ها زیست‌سازگار، زیست‌تخریب‌پذیر، نرم و شکل‌پذیر هستند. آن‌ها فقط به ولتاژ پایین نیاز دارند تا کار کنند. ولتاژ پایین هم برای گیاهان و هم برای مهره‌داران، کاملا بی‌ضرر است.

این پژوهش، در مجله "Nature Communications" به چاپ رسید.