Een op papier gebaseerd apparaat dat de elektrochemische signalering in het menselijk brein nabootst, is gemaakt door een groep onderzoekers uit China.

De dunne-filmtransistor (TFT) is ontworpen om de verbinding tussen twee neuronen te repliceren, bekend als een biologische synaps, en zou een sleutelcomponent kunnen worden in de ontwikkeling van kunstmatige neurale netwerken, die op een groot aantal gebieden kunnen worden gebruikt, van robotica tot computerverwerking.

de TFT, die vandaag in het tijdschrift is gepresenteerd Nanotechnologie , is het nieuwste apparaat dat op papier is gemaakt, de elektronica flexibeler maken, goedkoper te produceren en milieuvriendelijk.

De kunstmatige synaptische TFT bestond uit indiumzinkoxide (IZO), als zowel een kanaal als een poortelektrode, gescheiden door een 550 nanometer dikke film van nanogranulair siliciumdioxide-elektrolyt, die werd vervaardigd met behulp van een proces dat bekend staat als chemische dampafzetting.

Het ontwerp was specifiek voor dat van een biologische synaps - een kleine opening tussen aangrenzende neuronen waarover chemische en elektrische signalen worden doorgegeven. Het is via deze synapsen dat neuronen signalen en berichten door de hersenen kunnen doorgeven.

Alle neuronen zijn elektrisch prikkelbaar, en kan een 'piek' genereren wanneer de spanning van het neuron voldoende verandert. Deze pieken zorgen ervoor dat signalen door de neuronen stromen die ervoor zorgen dat het eerste neuron chemicaliën afgeeft, bekend als neurotransmitters, over de synaps, die vervolgens worden ontvangen door het tweede neuron, het signaal doorgeven.

Net als bij deze outputpieken, de onderzoekers legden een kleine spanning op de eerste elektrode in hun apparaat waardoor protonen - die als een neurotransmitter werkten - uit de siliciumdioxidefilms migreerden naar het IZO-kanaal er tegenover.

Omdat protonen positief geladen zijn, hierdoor werden negatief geladen elektronen naar zich toe aangetrokken in het IZO-kanaal, waardoor er vervolgens een stroom door het kanaal kon vloeien, het nabootsen van het doorgeven van een signaal in een normaal neuron.

Naarmate meer en meer neurotransmitters door een synaps tussen twee neuronen in de hersenen worden geleid, de verbinding tussen de twee neuronen wordt sterker en dit vormt de basis van hoe we dingen leren en onthouden.

Dit fenomeen, bekend als synaptische plasticiteit, werd door de onderzoekers in hun eigen apparaat gedemonstreerd. Ze ontdekten dat wanneer in korte tijd twee korte spanningen op het apparaat werden toegepast, de tweede spanning was in staat om een ​​grotere stroom in het IZO-kanaal te triggeren in vergelijking met de eerste aangelegde spanning, alsof het de reactie van de eerste spanning had 'herinnerd'.

Corresponderende auteur van de studie, Qing Wan, van de School of Electronic Science and Engineering, Nanjing-universiteit, zei:'Een op papier gebaseerde synaps kan worden gebruikt om lichtgewicht en biologisch vriendelijke kunstmatige neurale netwerken te bouwen, en, tegelijkertijd, met de voordelen van flexibiliteit en biocompatibiliteit, zou kunnen worden gebruikt om de perfecte organisme-machine-interface te creëren voor veel biologische toepassingen.'