นักวิจัยจาก Silklab มหาวิทยาลัย Tufts ได้สร้างตัวต้านทาน (Transistor) ที่เป็น Microprocessor ที่สามารถตรวจจับและตอบสนองต่อสถานะทางชีววิทยาและสิ่งแวดล้อมได้
รู้หรือไม่ว่า สมาร์ทโฟนที่ใช้กันอยู่นั้นอาจประกอบไปด้วยตัวต้านทานขนาดจิ๋วมากถึง 15,000 ล้านชิ้นที่รวมกันอยู่ในชิป Microprocessor ซึ่งตัวต้านทานเหล่านี้เองประกอบไปด้วยซิลิคอน โลหะอย่างทองและทองแดง รวมถึงฉนวนที่รวมกันนำกระแสไฟฟ้ามาแปลงเป็นค่า 1 และ 0 เพื่อสื่อสารข้อมูลและจัดเก็บไว้ ซึ่งวัสดุที่ใช้นั้นไม่ใช่อินทรีย์สารแต่มาจากทั้งหินและโลหะ
Silk Fibroin โครงสร้างโปรตีนของเส้นใยไหม สามารถจัดวางไว้บนพื้นผิวและดัดแปลงได้ง่ายด้วยสารเคมีและโมเลกุลชีวภาพที่เปลี่ยนคุณสมบัติของมัน โดยไหมจะทำหน้าที่ในการตรวจจับและเก็บส่วนประกอบต่าง ๆ จำนวนมากจากร่างกายหรือสิ่งแวดล้อม โดยทีมวิจัยได้สาธิตอุปกรณ์ต้นแบบด้วยตัวต้านทาน Hybrid ร่วมกับ Silk Fibroin เพื่อสร้างเซนเซอร์ที่มความอ่อนไหวและมีการระบายอากาศสูงมาก ทำให้ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของความชื้นได้ นอกจากนี้ยังมีการดัดแปลงชั้นของไหมในตัวต้านทานทำให้อุปกรณ์สามารถตรวจจับโรคในหัวใจและหลอดเลือดหรือโรคปอดบางชนิดได้ เช่นเดียวกับการหยุดหายใจขณะหลับ หรือตรวจจับระดับคาร์บอนไดออกไซด์ ก๊าซอื่น ๆ และโมเลกุลในการหายใจที่ช่วยวิเคราะห์ข้อมูลที่เกิดขึ้นได้
ในการทำงานนั้น ตัวต้านทานจะทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ไฟฟ้า ด้วยโลหะที่นำไฟฟ้าเข้ามาและนำออก ในขั้นตอนการนำไฟฟ้านั้นจะเป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ที่จะไม่สามารถเหนี่ยวนำได้จนกว่าจะเกิดเงื่อนไขการกระตุ้นคุณสมบัติขึ้น โดยแหล่งไฟฟ้าขาเข้าที่เรียกว่า Gate นั้นจะแยกออกจากทุกอย่างด้วยฉนวน Gate ทำหน้าที่เป็นกุญแจที่จะเปิดปิดตัวต้านทาน ทำให้เกิดการเปิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าถึงเกณฑ์และสร้างสนามไฟฟ้าข้ามระหว่างฉนวน อิเล็กตรอนจะเกิดการเคลื่อนไหวในเซมิคอนดักเตอร์และกระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านการเหนี่ยวนำ
สำหรับตัวต้านทาน Hybrid ชีวภาพ โดยชั้นของไหมจะทำหน้าที่เป็นฉนวน และเมื่อเกิดการดูดซับความชื้นจะทำหน้าที่เหมือนเจลที่แบกไอออนต่าง ๆ เอาไว้ภายใน Gate ในสถานะเปิดทำหน้าที่จัดเรียงไอออนที่อยู่ในไหมเจล เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงลำดับประกอบกันของไอออนในไหม กระบวนการของตัวต้านทานก็เปลี่ยนไป ทำให้สามารถควบคุมด้วยค่า Gate ไหนก็ได้ระหว่าง 0 และ 1
ความท้าทายเชิงเทคนิคในการสร้างตัวต้านทาน Hybrid ชีวภาพนั้น คือ การสร้างไหมในระดับนาโนลงไปถึง 10 นาโนเมตรหรือน้อยกว่า 1/10,000 ของเส้นผ่านศูนย์กลางเส้นผมมนุษย์ การมีตัวต้านทานนับพันล้านตัวที่เชื่อมต่อกันและปรับแต่งโดยกระบวนการทางชีวภาพในไหม นำไปสู่ Microprocessor ที่สามารถทำหน้าที่เหมือนเครือข่ายระบบประสาทที่ใช้ในปัญญาประดิษฐ์ ในอนาคตอาจกลายเป็นแผงวงจรที่สามารถฝึกตัวเองได้ ตอบสนองต่อสัญญาณจากสิ่งแวดล้อม และบันทึกความจำโดยตรงในตัวต้านทานแทนที่จะส่งออกไปยังหน่วยความจำภายนอก
ที่มา:
now.tufts.edu
