可模擬人類大腦神經元加強信號傳輸 MIT創新聚合物優化穿戴式設備

THE MERIT TIMES

編譯／韋士塔 2023-04-08

字級

收藏文章

0
支持請+1

24觀看次

穿戴裝置需與人體接觸，以測量相關的生理數據。圖／網路

直接與人體接觸的電子產品，需以輕質生物相容性材料製作。圖／網路

OMIEC聚合物，能提升穿戴式裝置的性能。圖／網路

編譯／韋士塔

穿戴式裝置愈來愈受歡迎，應用範圍也持續擴大，包括通訊、即時生物指標監控。例如：目前常見的智慧手表或手環，就具備心跳、血氧監測，以及通話及定位等功能。麻省理工學院（MIT）的科學家則開發出新的有機聚合物，能進一步提升穿戴式設備的性能。

智慧手表等穿戴式裝置的原理，是與人體直接接觸，採集並分析汗液的成分，將來自生物組織的離子信號，轉換為電晶體中使用的電子信號。不過，目前這些設備使用的材料，通常以最大程度吸收離子為主，因此犧牲電子的傳輸。

MIT研究人員希望解決這個問題，著手研發稱為「有機混合離子電子導體」（OMIEC）的有機聚合物，平衡離子及電子的相關性能。

MIT材料科學與工程助理教授古謬桑格（Aristide Gumyusenge）表示，這些優化的OMIEC甚至能模仿生物神經元，學習及保留這些信號。他說：「這種模仿行為，是新一代生物學相關電子產品與人機介面（human–computer interaction）的關鍵，機器與人類連結時，人造零件的性能須盡可能與自然結構相同，才能使這些裝置的運作更順暢。」

古謬桑格指出，直接與人體接觸的電子產品，需使用輕質、靈活且具有生物相容性的材料。OMIEC等有機聚合物材料可以傳輸離子及電子，非常適合用來製作這些設備需使用的電晶體管。他解釋：「離子及電子的導電率，通常呈現反比趨勢，也就是說，提高離子的吸收程度，通常代表犧牲了電子的流動率。」

研究團隊希望開發新的聚合物，盡可能提高離子滲透性及電子電荷傳輸。古謬桑格的研究團隊使用一種稱為「二酮吡咯並吡咯」（diketopyrrolopyrrole，DPP）的高導電塗料，並設計全新的聚合物，製造性能更優異的OMIEC。

古謬桑格指出，他們開發的新技術可生產應用範圍廣泛的OMIEC，解決目前離子──電子設備中的單一材料瓶頸。OMIEC進行300℃的高溫烘烤步驟後，仍可保留電化學特性，使用製造傳統積體電路的設備即可生產。

研究團隊指出，這種新研發的材料，具有接收及保持離子電化學電荷的潛力，類似生物神經元的運作。生物神經元在學習及記憶過程，就是使用離子進行交流。因此，研究人員開始探索OMIEC是否能應用在模擬大腦神經元突觸連接的設備。

初步的研究顯示，人工突觸能以類似大腦神經元突觸的方式傳導信號，並持續加強信號傳輸，類似記憶形成的生物過程。未來，這類人工突觸可成為打造人工神經網路的基礎，進一步整合電子學、生物學，讓穿戴式裝置的性能更強大。

古謬桑格指出，創新的OMIEC是極具前景的穿戴裝置材料，為人類健康做出貢獻，例如：監測使用者體內的胰島素濃度，並依據相關數據即時提供正確劑量的藥物。

《人間福報》是一份多元化的報紙，強調內容溫馨、健康、益智、環保，不八卦、不加料、不阿諛，希冀藉由優質的內涵，體貼大眾身心靈的需要，是一份承擔社會責任的報紙。

- 支持福報，做別人生命中的貴人 -

前往支持

加人間福報LINE好友