研究人员用绿色材料创建自我维持的智能电子微系统

马萨诸塞大学阿默斯特分校的一个研究团队创造了一个电子微系统，可以在没有任何外部能量输入的情况下对信息输入做出智能响应，就像一个自我自主的生物体。该微系统由一种新型电子设备构成，该电子设备可以处理超低电子信号，并包含一个可以从周围环境“凭空”发电的设备。

这项开创性研究于 6 月 7 日发表在《自然通讯》杂志上。

电气和计算机工程 (ECE) 助理教授兼生物医学工程兼职教授 Jun Yao 与他的长期合作者、微生物学杰出教授 Derek R. Lovley 领导了这项研究。

微系统的两个关键部件均由蛋白质纳米线制成，这是一种“绿色”电子材料，可从微生物中产生，不会产生“电子垃圾”。该研究预示着由可持续生物材料制成的未来绿色电子产品的潜力，这些材料更易于与人体和不同环境相互作用。

据资助该研究的陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室称，该突破性项目正在生产“自我维持的智能微系统”。

姚课题组研究生傅田大为第一作者。“探索在电子产品中加入‘活’功能的可行性是一个令人兴奋的开始。我期待着进一步发展的版本，”傅说。

该项目代表了该团队最近研究的持续发展。此前，研究小组发现，可以使用基于蛋白质纳米线的空气发生器(或“Air-Gen”)从周围环境/湿度中产生电力，这种设备可以在地球上几乎所有环境中持续发电。Air-Gen 的发明于 2020 年在Nature上发表。

同样在 2020 年，Yao 的实验室在Nature Communications上报道称，蛋白质纳米线可用于构建称为忆阻器的电子设备，该设备可以模拟大脑计算并处理与生物信号幅度匹配的超低电信号。

“现在我们将两者拼凑起来，”姚明谈到创作时说。“我们制造微系统，其中来自 Air-Gen 的电力用于驱动由蛋白质纳米线忆阻器构建的传感器和电路。现在，电子微系统可以从环境中获取能量来支持传感和计算，而无需外部能源(例如电池)。它具有完整的能量自我维持和智能，就像生物体的自我自治一样。”

该系统还由环保生物材料——从细菌中提取的蛋白质纳米线制成。Yao 和 Lovley 用 Lovley 多年前发现的微生物 Geobacter 开发了 Air-Gen，然后将其用于从空气中的湿气中发电，后来又制造了能够模仿人类智能的忆阻器。

“因此，从功能和材料两方面来看，”姚说，“我们正在使电子系统更接近生物或生物。”

陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室生物电子学项目经理 Albena Ivanisevic 说：“这项工作表明，人们可以制造一个自我维持的智能微系统。” “马萨诸塞大学的团队已经证明了人工神经元在计算中的使用。特别令人兴奋的是，蛋白质纳米线忆阻器在水性环境中表现出稳定性，并且可以进一步功能化。额外的功能化不仅有望提高它们的稳定性，而且还扩大了它们的效用用于对陆军重要的传感器和新型通信方式。”

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