Учёные говорят, что с помощью квазижидкой электроники имплантанты мозгов можно сделать лучше

Исследователи государственного университета Северной Каролины продемонстрированные новые «мягкие» электронные компоненты, построенные из жидких металлов и гидрогелей. Ученые надеются, что такие компоненты – квазижидкие диоды и пизасторы будут работать лучше, чем традиционная электроника и будет удачно сочетаться с влажными мягкими вещами, такими как человеческий мозг.

Жу-Хи Со, аспирант-химик этого университета, сделала доклад о квазижидком диоде на конференции Общества новых звуков материалов в Бостоне в декабре 2010 г. Электроды устройства сделаны из сплава, содержащего 75 процентов галлия и 25 процентов индия, который является высокопроводящей жидкостью при комнатной температуре. Электроды размещены в пластмассовом кожухе. Между электродами расположены две плёнки из агарозы – гидрогеля, обычно используемого в биохимии. Он содержит более 90 процентов воды. Каждая плёнка покрыта электролитом, содержащим полиакриловую кислоту, а полиэтиленамин является основой.

Сопротивление устройства может неоднократно изменяться в зависимости от приложенного напряжения. Химический процесс между электродами и агарозой создает резистивную плёнку из окиси галлия. Но высокий уровень pH подложки подавляет формирование этой плёнки на электроде. Пропускание напряжения через диод изменяет толщину окиси полиакрилата на электроде; отрицательное напряжение делает окись более тонкой и понижает сопротивление устройства. Положительное напряжение создает более толстую плёнку и большее сопротивление. Изменение напряжения позволяет исследователям увеличивать или уменьшать электрический ток. Таким образом проводящее и непроводящее состояния переключаются.

Поскольку устройство сохраняет память о его сопротивлении, когда ток выключен, оно работает как пизастор. Жу-Хи Со говорит, что его пизастор устойчиво сохраняет сопротивление пизастора более чем три часа.

Напомним, что пизастор является основным элементом электрических цепей наряду с катушкой индуктивности, резистором и конденсатором. Пизастор был предсказан теоретическии, но только в 2008 году был создан.

«Вы можете объединить диоды и пизасторы, чтобы сделать различные электрические цепи», – говорит Со.

Она и соавтор работы, студент Хунг-Джун Ко создали лабораторную модель устройства со множеством решёток. Научная группа продуктивно работала в лабораториях профессора химической технологии Майкла Дика и Орлина Велева из государственного университета Северной Каролины. Они также изучали взаимодействия между различными электролитами и металлами, чтобы найти оптимальные сочетания. Одна цель будет состоять в том, чтобы увеличить скорость, с которой устройство может переключаться с проводника до изолятора и обратно. Со полагает, что они могут достигнуть скорости измерений в миллисекундах.

Со говорит, что в один прекрасный момент эти квазижидкие компоненты могут использоваться для построения биоэлектронных цепей, чтобы обеспечить связи между живой тканью и компьютером. Это могут быть интерфейсы машина-мозг. «Люди хотят помещать информацию в мозг и читать информацию вслух», – говорит она. Такой интерфейс мог бы, например, позволить инвалиду управлять протезом тем же образом, как он управлял бы своим реальным органом – только мыслью. Подобные устройства, сделанные по обычной технологии, обычно становятся твёрдыми и должны быть заключены в капсулу, чтобы защитить электрические цепи от биологической влажности. Со полагает, что материалы, с которыми работает её команда, будут совместимы с человеческой тканью. Люди принимают, например, соли галлия для улучшения контраста в сканировании человеческих лёгких, да и гидрогели имеют много биологического использования. Устройства могли бы также использоваться как компоненты искусственных нейронных сетей, то есть в приложениях, в которых пизасторы уже давно применяются.

Ещё неизвестно многое из того, как хорошо такие компоненты могут работать и что устройства могут быть действительно построены из них. Группа работает над проблемой только полтора года. «Это все очень новое», – говорит Со.

Как-бы писал Нейл Саваж
Рисунки сделали Хунг-Джун Ко и Жу-Хи Со, а мы их отжабили