Προηγμένοι τεχνητοί νευρώνες από πλαστικά υλικά

Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Linköping στη Σουηδία παρουσίασαν έναν τεχνητό νευρώνα κατασκευασμένο από αγώγιμα πλαστικά υλικά, ο οποίος μπορεί να εκτελεί προχωρημένες λειτουργίες παρόμοιες με αυτές των βιολογικών νευρικών κυττάρων. Τα αποτελέσματα της μελέτης, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science Advances, ανοίγουν το δρόμο για μια νέα γενιά ενσωματωμένων αισθητήρων, ιατρικών εμφυτευμάτων και ρομποτικής.

Μιμούμενοι τη συμπεριφορά των βιολογικών νευρώνων

Η μίμηση της συμπεριφοράς των βιολογικών νευρώνων αποτελεί εδώ και καιρό έναν σημαντικό στόχο στον τομέα της νευρομορφικής μηχανικής. Οι παραδοσιακές ηλεκτρονικές συσκευές με βάση το πυρίτιο δεν είναι επαρκείς, καθώς δεν επικοινωνούν με τον ίδιο τρόπο όπως τα νευρικά κύτταρα του σώματός μας. Η ομάδα του καθηγητή Σιμόν Φαμπιάνο στο Εργαστήριο Οργανικής Ηλεκτρονικής του Πανεπιστημίου Linköping χρησιμοποιεί μια κατηγορία μαλακών, ευέλικτων υλικών που ονομάζονται συζευγμένα πολυμερή, τα οποία μπορούν να μεταφέρουν τόσο ιόντα όσο και ηλεκτρόνια. Αυτή η διπλή ικανότητα τους επιτρέπει να αλληλεπιδρούν πιο στενά με βιολογικά συστήματα.

Ανακαλύψεις και προοπτικές εφαρμογών

Σύμφωνα με την έρευνα που δημοσιεύθηκε στο Science Advances, οι τεχνητοί νευρώνες μπορούν να εκτελούν μια μορφή επεξεργασίας πληροφοριών που παρατηρείται στο νευρικό μας σύστημα. Αυτή η λειτουργία σημαίνει ότι ο νευρώνας ενεργοποιείται μόνο όταν υπάρχει μια είσοδος και απουσιάζει μια άλλη. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανίχνευση αντισυμπτωματικής και είναι θεμελιώδης σε εργασίες όπως η αίσθηση αφής. “Μπορούμε να φανταστούμε τη χρήση αυτών των συσκευών για να προσθέσουμε μια αίσθηση αφής σε προσθετικά μέλη ή ρομπότ. Δείχνουν ότι η οργανική ηλεκτρονική δεν είναι απλώς μια πιο μαλακή εναλλακτική λύση στο πυρίτιο, αλλά μπορεί να επιτρέψει νέους τύπους νευρωνικής υπολογιστικής που συνδέουν τη βιολογία με την ηλεκτρονική,” δήλωσε ο Σιμόν Φαμπιάνο.

Παράλληλα με την ανάπτυξη προηγμένων λειτουργιών, η ερευνητική ομάδα εργάστηκε και για την απλοποίηση της βασικής δομής αυτών των τεχνητών νευρώνων. Στις αρχές του 2023, οι ερευνητές στο Campus Norrköping κατάφεραν να δημιουργήσουν τεχνητά νευρικά κύτταρα που αναπαρήγαγαν 15 από τις 22 βασικές ιδιότητες των βιολογικών νευρώνων. Ωστόσο, αυτά τα πλαστικά νευρικά κύτταρα εξαρτώνταν από πολλές διαφορετικές συνιστώσες, περιορίζοντας τη πρακτική τους χρήση.

Τώρα, σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Communications, η ομάδα έχει περαιτέρω βελτιώσει την τεχνολογία. Έχουν μειώσει το τεχνητό νευρικό κύτταρο σε έναν μόνο οργανικό ηλεκτροχημικό τρανζίστορα, ενώ εξακολουθούν να αναπαράγουν έως και 17 νευρικές ιδιότητες. Αυτός ο τεχνητός νευρώνας είναι όχι μόνο εξαιρετικά λειτουργικός αλλά και εξαιρετικά συμπαγής, συγκρίσιμος σε μέγεθος με ένα ανθρώπινο νευρικό κύτταρο. “Αυτός είναι ένας από τους πιο απλούς και βιολογικά σχετικούς τεχνητούς νευρώνες που έχουν κατασκευαστεί μέχρι σήμερα. Ανοίγει το δρόμο για την άμεση ενσωμάτωσή τους με ζωντανά ιστούς ή μαλακά ρομπότ,” δήλωσε ο Σιμόν Φαμπιάνο.