Protein-Nanodraht-Elektronik: Selbstversorgende, intelligente Mikrosysteme aus nachhaltigen grünen Materialien

Forscher haben ein elektronisches Mikrosystem geschaffen, das intelligent auf Informationsinputs reagieren kann, ohne externe Energiezufuhr – ganz wie ein selbstautonomer lebender Organismus. Das Mikrosystem besteht aus einer neuartigen Art von Elektronik, die ultraschwache elektronische Signale verarbeiten kann, und integriert ein neuartiges Gerät, das Strom aus der Umgebungsluft generieren kann. Beide Schlüsselkomponenten des Mikrosystems bestehen aus Protein-Nanodrähten, einem „grünen“ elektronischen Material, das erneuerbar aus Mikroben ohne E-Waste produziert wird.

Das Projekt stellt eine kontinuierliche Weiterentwicklung der jüngsten Forschung des Teams dar. Zuvor entdeckten sie, dass Strom aus der Umgebungsluft/Feuchtigkeit mit einem Protein-Nanodraht-basierten Air Generator (Air-Gen) erzeugt werden kann, einem Gerät, das in fast allen auf der Erde vorkommenden Umgebungen kontinuierlich Strom produziert. Sie entdeckten auch, dass Protein-Nanodrähte verwendet werden können, um elektronische Bauelemente namens Memristoren zu konstruieren, die Gehirncomputation nachahmen und mit ultraschwachen elektrischen Signalen arbeiten, die biologischen Signalamplituden entsprechen.

Die neuen Mikrosysteme integrieren den Strom vom Air-Gen, um Sensoren und Schaltkreise anzutreiben, die aus Protein-Nanodraht-Memristoren konstruiert sind. Das elektronische Mikrosystem bezieht Energie aus der Umgebung, um Sensorik und Computation ohne externe Energiequelle (z. B. Batterie) zu unterstützen. Es verfügt über vollständige Energie-Selbstnachhaltigkeit und Intelligenz, genau wie die Selbstautonomie in einem lebenden Organismus.

Das System besteht auch aus umweltfreundlichem Biomaterial – Protein-Nanodrähten, die aus Bakterien gewonnen werden. Der Air-Gen wurde aus dem Mikroben Geobacter entwickelt, der dann genutzt wurde, um Strom aus Luftfeuchtigkeit zu erzeugen und später Memristoren zu bauen, die menschliche Intelligenz nachahmen können.