US Ads

среда

Новая биосовместимая электроника с устройством памяти

Мягкое запоминающее устройство открывает двери для новой биосовместимой электроники и электротехники в США.

Несколько лет назад исследователи из университета штата Северной Каролины или УШСК (англ. North Carolina State University, NCSU) в Роли, Северная Каролина, США разработали устройство памяти, которое является мягким на ощупь и хорошо работает во влажной среде. Такую разработку можно смело назвать новинкой, потому что она открывает в США двери для нового поколения биосовместимых электронных устройств.

Доктор Майкл Дики (англ. Michael Dickey), доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии УШСК и одновременно соавтор документа с описанием исследования данного исследования, сказал, что они создали устройство памяти с физическими свойствами желе. В качестве допустимого сравнения он назвал хорошо знакомый американцам и канадцам желатиновый дессерт Jell-O, выпускаемый на одной из расположенных в США компаний продуктов питания.

Многие пользователи Интернета хорошо знают, что, как правило, обычная электроника изготавливается из жестких и хрупких материалов, которые не очень хорошо функционируют во влажной среде. Но как пояснил доктор Дики, созданное ими  устройство памяти является мягким и податливым на ощупь, и что особенно важно, оно очень хорошо функционирует во влажной среде. Доктор Дики даже не побоялся провести аналогию и сравнить свою разработку с аналогом человеческого мозга.

На тот момент, это был только начальный этап исследований, поэтому прототип устройства еще не был оптимизирован под хранение памяти в значительной объеме. Но тестирование показало, что устройство хорошо работает в окружающей среде, которая была бы враждебной для традиционной электроники. Это устройства было изготовлено с использованием из жидкого сплава металлов галлия и индия, в комплекте с гелем на водной основе. На практике аналогичные гели используются в биологических исследованиях.

Способность устройства функционировать во влажной среде и его биосовместимость в виде геля означает, что в перспективе эта технология может использоваться для взаимодействия электроники с биологическими системами, например такими как клетки, ферменты или ткани. Доктор Дики разъяснил, что эти свойства могут быть использованы при создании биологических сенсорных датчиков или для проведения медицинского мониторинга.

Данное устройство работает по принципу так называемого мемристора (англ. memristors), который идет на смену хорошо известного транзистора. В настоящее время в США мемристор рассматривается в качестве возможного следующего поколения технологии памяти, которая даст толчок для развития не только компьютерной технике, но и искусственного интеллекта. Отдельные компоненты кашицеобразного (англ. mushy) запоминающего устройства имеют два состояния: один из них проводит электричество, а другой не делает этого. Эти два состояния могут быть представлены с использованием цифр 1 и 0, которые лежат в основе двоичного машинного языка. Для того, чтобы создать эти 1-е и 0-е состояния в компьютерных чипах, в обычных электротехнических устройствах используются электроны. А устройство мягкой памяти использует заряженные молекулы, которые называются ионами и делают примерно то же самое.

Если заглянуть во внутрь такого устройства, то окажется, что в каждой схеме памяти металлический сплав представляет собой электрод схемы, который сидит на каждой стороне проводящей части геля. Когда сплав  - электрод подвергается воздействию положительного заряда, то создается окисленная пленка толщиной несколько нанометров. Этот электрод становится резистивным к электричеству, то есть может оказывать электрическое сопротивление и не проводить электроэнергию. Исследователи называют это состоянием 0. Когда электрод подвергается воздействию отрицательного заряда, то окисленный слой исчезает и электрод становится проводящим электроэнергию. Исследователи называют это состоянием 1.

Обычно, когда к одной стороне электрода применяется отрицательный заряд, положительный заряд начинает двигаться в другую сторону и создает другой слой окисленной пленки. Это подразумевает, что электрод всегда будет резистивным. Для решения этой проблемы, исследователи легировали (покрыли) одну сторону гелиевой пластины полимером, который предотвращает образование стабильной окисленной пленки. Таким образом, один электрод всегда остается проводящим и предоставляет устройству состояния 1 и 0, необходимые для электронной памяти.

Статья об этом исследовании была опубликована 4 июля 2011 в онлайн издании о современных материалах Advanced Materials на английском языке. Эта публикация была подготовлена в соавторстве со студентами УШСК Хюнг-Джун Ку (Hyung-Jun Koo) и и Ю-Хи Со (Ju-Hee So), и профессором кафедры химической и биомолекулярной инженерии Орлин Велев (англ. Orlin Velev). Исследование проводилось при поддержке Национального научного фонда и федерального департамента энергетики США.

Департамент химической и биомолекулярной инженерии УШСК является частью инженерного колледжа УШСК.

Ссылки

Michael Dickey personal page
http://www.che.ncsu.edu/people/faculty-pages/dickey.html

Advanced Materials online 
http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-4095