Un transistor elettrochimico organico che funge da sensore e processore

Funzionalità del 2 giugno 2023

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di Ingrid Fadelli, Tech Xplore

Negli ultimi anni, gli ingegneri elettronici hanno cercato di sviluppare nuovi hardware ispirati al cervello in grado di eseguire modelli di intelligenza artificiale (AI) in modo più efficiente. Sebbene la maggior parte dell’hardware esistente sia specializzato nel rilevamento, elaborazione o archiviazione dei dati, alcuni team hanno esplorato la possibilità di combinare queste tre funzionalità in un unico dispositivo.

I ricercatori dell'Università di Xi'an Jiaotong, dell'Università di Hong Kong e dell'Università di Scienza e Tecnologia di Xi'an hanno introdotto un nuovo transistor organico che può fungere da sensore e processore. Questo transistor, presentato in un articolo pubblicato su Nature Electronics, si basa su un'architettura a traversa verticale e un canale cristallino-amorfo che può essere drogato selettivamente dagli ioni, consentendogli di passare tra due modalità riconfigurabili.

"L'hardware convenzionale dell'intelligenza artificiale (AI) utilizza sistemi separati per il rilevamento, l'elaborazione e l'archiviazione della memoria dei dati", hanno detto a Tech Xplore il Prof. Wei Ma e il Prof. Zhongrui Wang, due dei ricercatori che hanno condotto lo studio.

"Questa separazione porta spesso a un notevole consumo energetico e a ritardi temporali dovuti alla costante necessità di trasferimento di dati tra diversi componenti hardware e alla conversione sequenziale di segnali analogici in digitali. Alcuni studi innovativi hanno evidenziato le notevoli capacità di rilevamento e di memoria analogica dei dispositivi organici transistor elettrochimici (OECT)."

L'obiettivo iniziale del recente studio dei ricercatori era quello di sviluppare un OECT che possa funzionare sia come sensore che come processore, poiché tale dispositivo potrebbe consentire la creazione di hardware AI più omogeneo ed efficiente. Gli OECT sono dispositivi elettronici organici basati su film sottile che funzionano come transistor. La loro sottigliezza li rende particolarmente promettenti per lo sviluppo di bioelettronica intelligente, come dispositivi indossabili o impiantabili e hardware neuromorfico.

L'OECT sviluppato da Wang, Chen e dai loro colleghi ha due diverse modalità di funzionamento, vale a dire una modalità di rilevamento e una modalità di elaborazione. Queste due diverse modalità sono supportate tramite il drogaggio ionico selettivo di un canale cristallino-amorfo all'interno del dispositivo.

"Nella modalità di rilevamento, gli ioni nell'elettrolita, guidati da un segnale fisiologico, migrano nella struttura cristallina, ma possono facilmente diffondersi nuovamente nell'elettrolita, mantenendo il canale in uno stato di bassa conduttanza", ha spiegato Wang. "Nella modalità di elaborazione, questi ioni possono essere 'intrappolati' dalla struttura cristallina, mantenendo il canale in uno stato di alta conduttanza. Questa doppia funzionalità rende il nostro dispositivo OECT unico ed efficiente."