ساخت ترانزیستور الکتروشیمیایی آلی که به عنوان سنسور و پردازنده عمل می‌کند

اخیرا گروهی از محققان یک ترانزیستور آلی جدید را معرفی کردند که می تواند به عنوان یک حسگر و پردازنده عمل کند.

در سال‌های اخیر،مهندسان الکترونیک تلاش کرده‌اند تا سخت‌افزار جدیدی با الهام از مغز توسعه دهند که بتواند مدل‌های هوش مصنوعی را کارآمدتر اجرا کند.در حالی که اکثر سخت افزارهای موجود در سنجش،پردازش یا ذخیره داده‌ها تخصص دارند اما برخی از محققان در حال بررسی امکان ترکیب این سه عملکرد در یک دستگاه واحد هستند.اخیرا گروهی از محققان یک ترانزیستور آلی جدید را معرفی کردند که می تواند به عنوان یک حسگر و پردازنده عمل کند.این ترانزیستور بر اساس معماری تراورس عمودی و یک کانال کریستالی آمورف است که به آن اجازه می‌دهد بین دو حالت قابل تنظیم جابجا شود.یکی از محققان در این مورد گفت:«سخت‌افزار هوش مصنوعی متعارف از سیستم‌های جداگانه برای سنجش داده‌ها، پردازش و ذخیره‌سازی حافظه استفاده می‌کند.این سیستم‌های جداگانه اغلب منجر به مصرف انرژی قابل توجه و اتلاف زمان می‌شود که دلیل آن،نیاز دائمی به انتقال داده بین اجزای سخت افزاری مختلف و تبدیل متوالی سیگنال‌های آنالوگ به دیجیتال است.»

برخی از مطالعات انجام شده،قابلیت‌های قابل توجه سنجش و حافظه آنالوگ آلی را برجسته کرده‌اند.هدف اولیه در مطالعه اخیر محققان،توسعه ترانزیستور‌های الکتروشیمیایی(OECT)است که می‌تواند هم به عنوان حسگر و هم به عنوان پردازنده کار کند،زیرا چنین دستگاهی می‌تواند ایجاد سخت افزار هوش مصنوعی همگن و کارآمدتر را امکان پذیر کند.این دستگاه‌ها مبتنی بر یک لایهٔ نازک هستند که به عنوان ترانزیستور عمل می‌کنند.این لایهٔ نازک،برای توسعه بیوالکترونیک‌های هوشمند مانند دستگاه‌های مختلف و سخت افزارهای نورومورفیک به کار می‌رود.ترانزیستور الکتروشیمیایی که توسط این محققان ساخته شد،دارای دو عملکرد متفاوت سنجش و پردازش است.این دو حالت از طریق دوپینگ یونی انتخابی در یک کانال کریستالی آمورف موجود در درون دستگاه پشتیبانی می‌شوند.یک محقق توضیح داد:«در حالت سنجش،یون‌های موجود در الکترولیت که توسط یک سیگنال فیزیولوژیکی هدایت می‌شوند،به ساختار بلوری مهاجرت می‌کنند اما می‌توانند به راحتی به الکترولیت بازگردند و کانال را در حالت رسانایی پایین نگه دارند.در حالت پردازش،این یون ها می توانند توسط ساختار کریستالی نگهداری شوند و کانال را در حالت رسانایی بالا حفظ کنند.این عملکرد دوگانه باعث می شود دستگاه OECT ما منحصر به فرد و کارآمد باشد.»

برای تولید ترانزیستور،محققان از یک سری تکنیک‌ها و فرآیندهای ساده از جمله تبخیر حرارتی،پوشش تیغه محلول،آنیل حرارتی و اِچ کردن یون واکنشی استفاده کردند.از آنجایی که همه این تکنیک‌ها مقرون به صرفه هستند،می‌توانند ساخت دستگاه خود را در مقیاس بزرگ تسهیل کنند.این محقق در ادامه گفت:«دستگاه ما همچنین دارای تطبیق پذیری چشمگیر است و به عنوان یک حسگر،می‌تواند انواع سیگنال‌ها مانند سیگنال‌های الکتروفیزیولوژی،گونه‌های شیمیایی، نور و دما را شناسایی کند.حفظ حالت کانال در شرایط رسانایی بالا در مدت بیش از ۱۰۰۰۰ ثانیه باعث می شود این دستگاه به ابزاری همه کاره در دنیای هوش مصنوعی تبدیل شود.»محققان همچنین دستگاه خود و توانایی آن را برای جابه‌جایی بین حالت‌های مختلف عملکرد آن در یک سری آزمایش ارزیابی کردند. آنها دریافتند که دینامیک موجود در ترانزیستور الکتروشیمیایی آن‌ها می‌تواند به طور موثری تعدیل شود و به دستگاه اجازه می‌دهد هم به عنوان حسگر و هم به عنوان پردازنده به خوبی عمل کند.به عنوان یک حسگر، دستگاه می تواند انواع مختلفی از محرک ها از جمله یون ها و نور را حس کند و به عنوان یک پردازنده،این دستگاه قادر به ایجاد حالت های آنالوگ ۱۰ بیتی است و این حالت‌ها را به خوبی حفظ می‌کند.

یک محقق دیگر گفت:«دستگاه جدیدی که ما توسعه داده‌ایم دارای دو طرح عملیاتی متمایز است که دلیل آن نگهداری یون‌ها توسط این دستگاه است.این پیکربندی مجدد از زیست الهام گرفته شده است که سخت افزار نورومورفیک آینده را همه‌کاره‌تر و سازگارتر می‌کند.»در آینده، ترانزیستور ایجاد شده توسط این تیم از محققان می تواند برای ایجاد دستگاه های نورومورفیک پیشرفته استفاده شود که می تواند انواع مختلف داده‌ها را جمع آوری کرده و آنها را پردازش کند.محققان به عنوان بخشی از مطالعه خود،نشان دادند که می توان از این دستگاه برای تشخیص بیماری‌های قلبی استفاده کرد.یک محقق گفت:«ما در حال حاضر در حال برنامه ریزی برای اصلاح فناوری ساخت خود با هدف ساخت یک دستگاه الکتروشیمیایی در مقیاس بزرگ هستیم.کاربردهای بالقوه این فناوری گسترده است و می‌تواند باعث تحول در زمینه‌هایی مانند مراقبت‌های بهداشتی شود.به عنوان مثال،‌می‌تواند تشخیص بیماری را در زمان واقعی به تنهایی با استفاده از سخت افزار امکان پذیر کند و همچنین قادر است سرعت و دقت کار را در تنظیمات پزشکی بسیار افزایش دهد.»