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pte20210609027 Technologie/Digitalisierung, Forschung/Entwicklung

Bakterien für energieautarke Mikroelektronik

Sensoren und innovative Kommunikationsmöglichkeiten dank winziger Protein-Nanodrähte


Übergang von der Natur zur grünen Mikroelektronik (Illustration: umass.edu)
Übergang von der Natur zur grünen Mikroelektronik (Illustration: umass.edu)

Amherst (pte027/09.06.2021/12:30) - Eine durch und durch grüne Mikroelektronik, die ihren Strom aus der Luft gewinnt, haben Forscher der University of Massachusetts (UMass Amherst) http://umass.edu entwickelt. Die Elektronik besteht aus nanofeinen Drähten aus Proteinen, die von Bakterien hergestellt werden. Die Stromversorgung basiert ebenfalls auf Drähten dieser Art.

Strom kommt aus der Luft

"Air-Gen" oder Luftgenerator nennen die Entwickler ihr Gerät. Es besteht aus einer dünnen Schicht von Protein-Nanodrähten mit einer Dicke von weniger als zehn Mikrometern. Diese liegt auf einer Flächenelektrode. Eine kleinere Elektrode bedeckt einen Teil der Oberseite des Films. Er adsorbiert Wasserdampf aus der Atmosphäre, wodurch sich eine Spannung zwischen den Elektroden aufbaut, die einen elektrischen Strom generiert, der über leitfähige Naturfasern in die grüne Mikroelektronik fließt.

Um das System zu entwickeln, haben sich Jun Yao, Assistenzprofessor für Elektro- und Computertechnik und Derek A. Lovly, Professor für Mikrobiologie, zusammengetan. Sie sagen, dass ihre grüne Mikroelektronik, einschließlich grüner Stromversorgung, besser mit dem menschlichen Körper interagiert. Es handle sich um ein "autarkes intelligentes Mikrosystem", verlautet aus dem Forschungszentrum der U.S. Army https://www.arl.army.mil , die diese Entwicklung finanziert.

Memristoren nach Gehirn-Vorbild

Kern der grünen Elektronik sind sogenannte Memristoren aus Proteinfäden. Das sind Zwitter, die es auch in der klassischen Halbleitertechnik gibt. Sie sind sowohl Transistoren, die Rechenoperationen vornehmen können, als auch Datenspeicher, die normalerweise eigenständige Bauteile sind. Die neuen Memristoren ahmen die Funktionen des menschlichen Gehirns nach und begnügen sich mit extrem wenig elektrischer Energie. Es reicht das bisschen, was der Luftgenerator produziert. Yao vergleicht das System gern mit einem lebenden Organismus.

"Die Arbeit zeigt, dass man ein autarkes intelligentes Mikrosystem herstellen kann", sagt Albena Ivanisevic, Programmmanagerin für Biotronik am Forschungszentrum der U.S. Army. "Besonders spannend ist, dass die Protein-Nanodraht-Memristoren in wässriger Umgebung stabil sind." Sie erwartet, dass derartige Systeme als Sensoren eingesetzt werden können und neuartige Kommunikationsmöglichkeiten für die Armee erschließen.

(Ende)
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