Současná umělá inteligence umí rozpoznávat obraz, pracovat s lékařskými daty i řídit složité systémy. Jenže má jednu slabinu, o které se mimo laboratoře mluví méně. Hardware, na kterém běží, je většinou tvrdý, křehký a pro lidské tělo nepřirozený. Kůže, svaly, cévy nebo orgány se neustále pohybují, roztahují a mění tvar. Klasická elektronika tohle prostředí snáší špatně.

Právě tady začíná být zajímavý nový směr, který popsali Tianda Fu, Ruizhe Yang, Max Weires, Junyi Yin, Yifan Liao a Yifan Guo v odborném časopise International Journal of Extreme Manufacturing. Jejich review článek se zaměřuje na takzvanou stretchable neuromorphic electronics, tedy roztažitelnou neuromorfní elektroniku. Nejde o jeden hotový výrobek, ale o přehled rychle se rozvíjející oblasti, která spojuje měkké materiály, senzory, paměť a výpočty inspirované fungováním nervové soustavy.

Zjednodušeně řečeno, cílem není jen nalepit čip na pružnou náplast. Vědci chtějí, aby samotná elektronika lépe odpovídala tomu, jak funguje živá tkáň. Proto se v těchto systémech používají pružné polymery, ionogely nebo organické tranzistory, které nepracují pouze s elektrony jako běžné kovové vodiče, ale také s ionty. To je důležité, protože nervový systém člověka přenáší informace elektrochemicky.

Když senzor nejen měří, ale i „pamatuje“

Neuromorfní elektronika se inspiruje mozkem hlavně tím, že nesází na klasické oddělení paměti a výpočtu. U běžného počítače data často putují mezi procesorem a pamětí. To stojí energii a čas. U mozku se ale informace zpracovává mnohem úsporněji, přímo v síti propojených neuronů a synapsí.

Podobně se chovají některé měkké tranzistory a paměťové prvky. Dokážou měnit svůj elektrický stav podle předchozího podnětu. V praxi to znamená, že senzor nemusí jen zaznamenat tlak, pohyb nebo biologický signál. Může také uchovat stopu předchozí aktivity a podílet se na jednoduchém vyhodnocení přímo na místě. To je zásadní třeba pro elektronickou kůži, chytré textilie, měkkou robotiku nebo dlouhodobé sledování zdravotních signálů.

Autoři práce popisují mimo jiné organické elektrochemické tranzistory, organické tranzistory řízené polem, odporové paměťové prvky i fotodetektory. Každá z těchto cest má jiné výhody. Některé lépe komunikují s biologickým prostředím, jiné se hodí pro ukládání informací nebo pro zpracování optických podnětů.

Velký posun je i v mechanické odolnosti. Některé popisované komponenty zvládají značné natažení a mohou fungovat i tam, kde by klasický tuhý senzor ztrácel kontakt s tělem. V článku se zmiňují také aplikace pro zpracování signálů EKG, elektronickou kůži, rehabilitační systémy, rozhraní člověk stroj a chytré oblečení.

Nadšení brzdí paměť a životnost

Přesto by bylo zavádějící tvrdit, že podobné systémy brzy nahradí běžné čipy nebo že se v nejbližších měsících objeví v nemocnicích. Výzkum je slibný, ale pořád naráží na několik tvrdých technických limitů. Jedním z hlavních problémů je uchování paměti. Řada měkkých neuromorfních prvků dokáže reagovat velmi citlivě, jenže uložený stav nemusí vydržet dost dlouho pro praktické použití.

Další otázkou je dlouhodobá stabilita materiálů. Pokud má elektronika zůstat v kontaktu s lidským tělem, nestačí, aby fungovala během laboratorního testu. Musí být chemicky bezpečná, mechanicky odolná, nesmí dráždit tkáň a musí zvládat opakované namáhání. 

Proto se objevují návrhy takzvaných island bridge architektur. Citlivé nebo trvalejší části systému mohou zůstat na malých pevných ostrůvcích, zatímco pružné spoje mezi nimi přebírají mechanické namáhání. Je to kompromis mezi světem klasické mikroelektroniky a měkkých materiálů.