Et si des composants électroniques fondamentaux en partie biologiques étaient capables de répondre directement à l’environnement et de se changer comme un tissu vivant. C’est ce qu’une équipe américaine a réalisé en créant des transistors dont le matériau isolant est remplacé par de la soie biologique.
La soie, un matériau aux propriétés étonnantes
La fibroïne de soie, protéine structurale des fibres de soie, a la capacité d’être déposée avec précision sur des surfaces et facilement modifiée avec d’autres molécules chimiques et biologiques pour en changer les propriétés. La soie ainsi fonctionnalisée peut détecter un large éventail de composants provenant du corps ou de l’environnement.
Les chercheurs ont d’abord démontré un dispositif prototype utilisant les transistors hybrides pour créer un capteur de respiration ultra-sensible et rapide, détectant les changements d’humidité. Des modifications ultérieures de la couche de soie pourraient permettre à des dispositifs de détecter certaines maladies cardiovasculaires et pulmonaires, ainsi que l’apnée du sommeil, ou de mesurer les niveaux de dioxyde de carbone et d’autres gaz et molécules dans l’haleine pouvant fournir des informations diagnostiques.
Fonctionnement des transistors hybrides biologiques
Dans un transistor hybride biologique, une couche de soie est utilisée comme isolant. Lorsqu’elle absorbe l’humidité, elle agit comme un gel transportant les ions (molécules chargées électriquement) qu’elle contient. La porte déclenche l’état « on » en réarrangeant les ions dans le gel de soie. En changeant la composition ionique de la soie, le fonctionnement du transistor est modifié, permettant d’être déclenché par n’importe quelle valeur de porte entre zéro et un.
« Cela ouvre la possibilité d’introduire la biologie dans l’informatique au sein des microprocesseurs modernes », a commenté Fiorenzo Omenetto, professeur d’ingénierie à l’Université Tufts. Le défi technique pour créer des transistors hybrides biologiques était d’atteindre un traitement de la soie à l’échelle nanométrique, jusqu’à 10 nm ou moins de 1/10000e du diamètre d’un cheveu humain.
Vers des microprocesseurs imitant les réseaux neuronaux
Avoir des milliards de nœuds de transistors dont les connexions sont reconfigurées par des processus biologiques dans la soie pourrait conduire à des microprocesseurs agissant comme les réseaux neuronaux utilisés dans l’intelligence artificielle.
« À l’avenir, on pourrait imaginer des circuits intégrés qui s’auto-forment, répondent aux signaux environnementaux et enregistrent la mémoire directement dans les transistors plutôt que de l’envoyer à un stockage séparé », a conclu le professeur Omenetto.
En synthèse
Les transistors hybrides biologiques ouvrent la voie à une nouvelle ère de l’électronique, où les composants sont capables de s’adapter et de réagir directement à leur environnement. Les applications potentielles sont vastes, allant de la détection de maladies à la création de microprocesseurs imitant les réseaux neuronaux.
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Pour une meilleure compréhension
Qu’est-ce qu’un transistor hybride biologique ?
Un transistor hybride biologique est un transistor dont le matériau isolant est remplacé par un matériau biologique, en l’occurrence de la soie. Il est capable de répondre directement à l’environnement et de changer comme un tissu vivant.
Comment fonctionne un transistor hybride biologique ?
Un transistor hybride biologique utilise une couche de soie comme isolant. Lorsqu’elle absorbe l’humidité, elle agit comme un gel transportant les ions qu’elle contient. La porte déclenche l’état «on» en réarrangeant les ions dans le gel de soie.
Quels sont les avantages potentiels des transistors hybrides biologiques ?
Les transistors hybrides biologiques pourraient conduire à des microprocesseurs agissant comme les réseaux neuronaux utilisés dans l’intelligence artificielle. Ils pourraient également permettre la création de dispositifs capables de détecter certaines maladies cardiovasculaires et pulmonaires, ainsi que l’apnée du sommeil.
Quels sont les défis techniques liés à la création de transistors hybrides biologiques ?
Le défi technique pour créer des transistors hybrides biologiques était d’atteindre un traitement de la soie à l’échelle nanométrique, jusqu’à 10 nm ou moins de 1/10000e du diamètre d’un cheveu humain.
Quel est l’avenir des transistors hybrides biologiques ?
L’avenir des transistors hybrides biologiques s’annonce prometteur, avec de nombreuses applications potentielles dans le domaine de l’électronique et de la biologie.
Principaux enseignements
| Enseignements |
|---|
| Les transistors hybrides biologiques sont des transistors dont le matériau isolant est remplacé par de la soie. |
| La soie fonctionnalisée peut détecter un large éventail de composants provenant du corps ou de l’environnement. |
| Les transistors hybrides biologiques pourraient permettre la création de dispositifs capables de détecter certaines maladies. |
| Le défi technique pour créer des transistors hybrides biologiques était d’atteindre un traitement de la soie à l’échelle nanométrique. |
| Les transistors hybrides biologiques pourraient conduire à des microprocesseurs agissant comme les réseaux neuronaux utilisés dans l’intelligence artificielle. |
Références
Légende illustration principale : Un dispositif de détection de la respiration créé à l’aide de transistors hybrides silicium-soie permet de suivre rapidement et précisément les schémas respiratoires en temps réel. Crédit : Silklab
Les chercheurs ont publié leurs résultats dans la revue Advanced Materials. https://doi.org/10.1002/adma.202302062
