Khoa học - Y dược

Dây thần kinh nhân tạo tích hợp transistor hữu cơ (08/04/2025)

Các nhà khoa học vừa phát triển một loại dây thần kinh nhân tạo tích hợp transistor hữu cơ, mở ra nhiều ứng dụng đột phá trong tương lai.

Trong những năm gần đây, các kỹ sư trên thế giới không ngừng nghiên cứu và phát triển những hệ thống mô phỏng chức năng sinh học của con người, trong đó có dây thần kinh nhân tạo. Những hệ thống này có tiềm năng ứng dụng rộng rãi, từ phục hồi dây thần kinh bị tổn thương đến giao diện não-máy tính, cảm biến chính xác cao và các thiết bị điện tử tiên tiến. Tuy nhiên, việc chế tạo thần kinh nhân tạo có thể hoạt động ở tần số tương thích với cơ thể sinh học và mô phỏng chính xác chức năng của hệ thần kinh vẫn là một thách thức lớn.

Dây thần kinh nhân tạo dựa trên sv-OECT loại N. Nguồn: Nature Electronics (2025). DOI: 10.1038/s41928-025-01357-7

Một nhóm nghiên cứu từ Đại học Giao Thông Tây An (Trung Quốc) và Đại học Kỹ thuật Munich (Đức) đã phát triển một loại thần kinh nhân tạo có tần số cao với thiết kế tối ưu hóa quá trình vận chuyển ion và điện tử. Hệ thống này có khả năng phản hồi nhanh chóng các tín hiệu và lưu trữ thông tin liên quan đến điện tích, giúp tái tạo hoạt động của hệ thần kinh sinh học.

Sản phẩm mới này được xây dựng dựa trên bóng bán dẫn điện hóa hữu cơ loại N, với cấu trúc tích hợp đồng nhất giúp cải thiện đáng kể khả năng vận chuyển ion và điện tử cũng như lưu trữ ion lâu dài. Nhờ thiết kế tiên tiến, hệ thống này đạt tốc độ phản hồi chỉ 27 micro giây, tần số nhớ không bay hơi lên tới 100 kHz và thời gian lưu trữ trạng thái kéo dài.

Khác với các thần kinh nhân tạo trước đây thường chỉ đạt hiệu suất cao ở một số khía cạnh nhất định, hệ thống sử dụng bóng bán dẫn hữu cơ này vừa có khả năng vận chuyển ion và điện tử hiệu quả, vừa duy trì lưu trữ ion lâu dài, vượt qua những hạn chế trước đó. Đặc biệt, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm cấy ghép hệ thống thần kinh này vào mô hình động vật có chức năng thần kinh bị suy giảm. Kết quả cho thấy thiết bị tương thích tốt với mô sinh học và có thể mô phỏng phản xạ có điều kiện.

Trong tương lai, công nghệ này có thể tiếp tục được phát triển để cải thiện khả năng tương thích sinh học và hiệu suất hoạt động. Nếu thành công, thần kinh nhân tạo có thể được ứng dụng trong việc phục hồi hệ thần kinh, phát triển các giao diện não-máy tính tiên tiến như tay chân giả điều khiển bằng suy nghĩ, hỗ trợ bệnh nhân bại liệt giao tiếp dễ dàng hơn hoặc theo dõi và điều khiển hoạt động não bộ một cách chính xác.

Kết quả của nghiên cứu đã được giới thiệu trên tạp chí Nature Electronics.

DiệuHuyền

Ngày cập nhật: 04/04/2025

https://cesti.gov.vn/bai-viet/CTDS6/day-than-kinh-nhan-tao-tich-hop-transistor-huu-co-3d03b06e-85aa-41f9-b7da-f5d95f9fe0fa