طراحی نانوحسگرهای زیستی مبتنی بر AI
متن تیتر خود را وارد کنیدوسعه حسگرهای ممریستوری با کمک هوش مصنوعی
توسعه حسگرهای ممریستوری با کمک هوش مصنوعی
در این پژوهش، یک زیستمبدل الکترونیکی پیشرفته بر پایهی نانوسیم سیلیکونی طراحی و شبیهسازی شده است که هدف اصلی آن ارتقای توانایی زیستحسگرهای حساس به بار در تشخیص دقیق سیگنالهای زیستی است. تمرکز کار بر استفاده از رفتار ممریستوری در ساختار نانوسیم و بهکارگیری روشهای هوش مصنوعی برای بهینهسازی طراحی بوده است. ممریستورها به دلیل داشتن ویژگیهایی مانند حلقه هیسترزیس جریان–ولتاژ و توانایی ذخیره اطلاعات در حالت مقاومتی خود، گزینهای بالقوه برای توسعه نسل جدید زیستحسگرهای بدونبرچسب به شمار میروند.
در مرحله نخست، رفتار ممریستوری مورد انتظار در یک نانوسیم سیلیکونی از طریق مدلسازی در محیط MATLAB تحلیل شد. این بررسی شامل مطالعه دقیق مشخصههای جریان–ولتاژ، تحلیل حلقه هیسترزیس و وابستگی رفتار الکتریکی به فرکانس و دامنه سیگنال ورودی بود. به منظور دستیابی به یک رفتار ممریستوری پایدار و قابل اتکا، پارامترهای هندسی و الکتریکی ساختار با کمک مجموعهای از الگوریتمهای فراابتکاری شامل الگوریتم ژنتیک حقیقی، جستجوی گرانشی و بهینهسازی ازدحام ذرات مورد بهینهسازی قرار گرفت. این الگوریتمها با جستجوی هوشمندانه در فضای طراحی، بهترین ترکیب پارامترها را برای دستیابی به ویژگیهای ممریستوری مطلوب پیشنهاد کردند.
در ادامه، با یکپارچهسازی بلادرنگ MATLAB و COMSOL، مدلهای بهینهشده در یک محیط فیزیکی دقیقتر شبیهسازی شدند تا اطمینان حاصل شود که رفتار ممریستوری قابل تحقق بوده و با فناوری ساخت استاندارد CMOS سازگاری دارد. نتایج شبیهسازیها نشان داد که مدلهای نانوسیم سیلیکونی با وجود تفاوتهایی در مقدار جریان، روند رفتاری مشابه و قابل اعتمادی ارائه میدهند و قادرند بهعنوان نانوکلیدهای مقاومتی فرّار عمل کنند.
پس از ارزیابی رفتار پایه، عملکرد این زیستمبدل در مواجهه با تغییرات بار بررسی شد؛ زیرا بار الکتریکی یکی از مهمترین شاخصههای سیگنالهای زیستی است. تحلیلها نشان داد که تغییرات کوچک در چگالی بار سطحی و فضایی میتواند مقاومت نانوسیم را بهصورت معناداری تغییر دهد. این اثرپذیری مستقیم، امکان تبدیل بارهای بسیار ضعیف زیستی در محدوده فمتو تا نانوکولمب را به سیگنالهای قابل تشخیص فراهم میکند و بهطور ویژه برای کاربرد در زیستحسگرهای بدونبرچسب اهمیت دارد.
نتایج این تحقیق نشان میدهد که ترکیب هوش مصنوعی با نانوفناوری و رفتار ممریستوری میتواند مسیر توسعه زیستحسگرهای دقیقتر، سریعتر و کممصرفتر را هموار سازد. زیستمبدل طراحیشده توانایی ارائه اطلاعات غنی و رفتار الکتریکی تحلیلپذیر دارد و از نظر سازگاری با فناوریهای رایج ساخت تراشه نیز کاملاً قابل اجرا است. این دستاورد میتواند در حوزههای تشخیص زیستی، پایش لحظهای فرآیندهای سلولی و توسعه افزارههای هوشمند تشخیصی نقش مهمی ایفا کند و گامی مؤثر در جهت تولید زیستحسگرهای نسل آینده مبتنی بر ممریستور و هوش مصنوعی باشد.
لینک ارجاع مقاله ها:
1.لینک مقاله طراحی و ساخت نانو سویچ مقاومتی
2. لینک دانلود طراحی و ساخت حسگر زیستی
