Использование нейронов

Необычным выглядит сочетание неорганических наноустройств с отдельными элементами живых организмов. Однако это естественно, если учесть, что в живых организмах многие процессы идут на наноуровне, и за миллионы лет эволюции они оптимизировались.

На известной фотографии «улитка на чипе» (рис. 6.7, а) экспериментаторы Института Макса Планка (Германия) продемонстрировали возможность связи нейронов живого организма с элементами чипа. Один транзистор был соединен с другим через нейроны улитки.

На рисунке 6.8 миллиметровый чип, содержащий 16 384 транзистора и сотни конденсаторов, взаимодействует с генетически «подкорректированным» нейроном крысы. Связь двухсторонняя: когда ионы натрия перемещаются через клеточную мембрану нейрона, транзистор реагирует на изменение ее заряда; если же транзистор через конденсатор шлет ток нейрону, тот также реагирует на это влияние. Нейроны улиток и крыс модифицировали, увеличив в их оболочках число ионных каналов и повысив их активность. В свою очередь, чип покрыли теми белками, которые связывают нейроны в мозге.

Подобная схема может стать основой искусственного мозга, основой чипов-протезов и чипов-имплантатов. На рисунке 6.7, б представлена фотография сети нейронов, соединенных углеродными нанотрубками. В процессе эксперимента нейроны собрались в кластеры из 20-100 клеток, осуществляя контакт через нанотрубки. Такая упорядоченная искусственная нейросеть может послужить основой биосенсоров, нейрочипов, в будущем – нейрокомпьютера. Система прожила 11 недель.

Дисплеи

Частью многих электронных приборов является дисплей. Один из существующих недостатков жидкокристаллического (ЖК) дисплея - малый угол обзора. Дисплеи нового поколения - гибкие, тонкие, как бумага, с малым энергопотреблением и широким углом обзора. Их можно свернуть и положить в карман, пришить на одежду. Этим требованиям удовлетворяет так называемая «электронная бумага», которая в ряде устройств заменила ЖК дисплеи. Известная японская компания «Citizen» представила в 2005 г. гибкие часы, изображение на которых формируется «электронными чернилами». Чернила содержат микрокапсулы с белым и черным пигментами, которые под влиянием электрического поля изменяют цвет (черный - серый - белый). При отключении питания изображение сохра­няется. Использование гибкого дисплея позволит, например, мгновенно «развернуть» мобильник в 12-дюймовый компьютерный экран (рис. 6.9).

В 90-х гг. XX в. начались работы над цветными дисплеями на квантовых точках. Квантовые точки разных размеров светятся разным цветом. Дисплеи на квантовых точках имеют высокую яркость и контрастность, изображение на них видно даже при ярком солнечном освещении. Количество отображаемых цветов примерно на 30% больше, чем на экране обычного дисплея, а энергопотребление существенно меньше.

Снижение энергопотребления объясняется тем, что в дисплее на квантовых точках неработающие (не изменяющиеся в данный момент) пиксели не потребляют энергии. По функциональности новые дисплеи будут успешно конкурировать с ноутбуками. Основная технологическая проблема - получение квантовых точек с нужными параметрами. Пока такие дисплеи выпускаются для мобильных телефонов.

Перспективы

Каждые два года около тысячи специалистов в области полупроводниковой технологии из разных стран и фирм составляют так называемую «Международную маршрутную карту в области полупроводниковой технологии», в которой формулируются задачи и предполагаемые достижения на очередное двухлетие. В последние годы упор делается на новой функциональностинано- и микроэлектроники, например в области диагностики или совмещения устройств классической электроники с живыми нейронами. Мобильные телефоны к периоду 2015—2020гг. благодаря развитию наноэлектроники будут создавать полную иллюзию полно­ценного общения, распознавая не только звуки, зри­тельные образы, но и запахи.

Отметим, что по производству компьютеров с 2006г. на второе после США место вышел Азиатский регион, впервые обогнавший Европу. При этом Китай по объему производства практически сравнялся с Японией. Специалисты считают, что развитие информационных технологий, включая технологию передачи информации, - одно из самых важных достижений XX в. Важность информационных технологий сравнивают с появлением много веков назад книгопечатания [2].Только в отличие от книгопечатания, внедрение новых технологий (в том числе персональных компьютеров) в быт, образование, науку, медицину произошло буквально за 10 лет.

В XXI в. наноэлектроника «подхватывает эстафету» у микроэлектроники. Полагают, что если закон Мура будет продолжать действовать, то уже к 2020г. мощ­ность компьютеров достигнет обрабатывающей мощ­ности человеческого мозга, а к 2050г. компьютер по мощности будет конкурировать с суммарной обрабаты­вающей мощностью разума всего человечества.

Лекция: Наноматериалы