Summary
यह कागज जैव-memristors के प्लाज्मोडियम के बाहर Physarum polycephalumके लिए एक बेहतर विधि का परिचय देता है । इस तरह के एक विधि के विकास के समय में कमी, घटक उंर बढ़ाने के लिए सिद्ध किया है, विद्युत टिप्पणियों के मानकीकरण, और एक संरक्षित वातावरण है कि पारंपरिक सर्किट में एकीकृत कर सकते है बनाएं ।
Abstract
हमारे अनुसंधान के क्रम में जीव के इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए एक बेहतर समझ पाने के उद्देश्य से है उपंयास जैव इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों और जीव विज्ञान के आधार पर कंप्यूटिंग वास्तुकला इंजीनियर । इस विशिष्ट कागज जैव memristors (या जैविक memristors) और जैव कंप्यूटिंग उपकरणों के विकास के लिए कोशिकीय कीचड़ मोल्ड Physarum polycephalum दोहन पर केंद्रित है । memristor एक रोकनेवाला है कि स्मृति के पास है. यह 4 मौलिक निष्क्रिय सर्किट तत्व है (अंय तीन रोकनेवाला, संधारित्र, और प्रारंभ करनेवाला), जो कंप्यूटिंग प्रणालियों के नए प्रकार के डिजाइन के लिए जिस तरह से फ़र्श है; उदा., कंप्यूटर जो संग्रहण और केंद्रीय संसाधन इकाई के बीच अंतर को त्यागना कर सकता है । जब एक एसी वोल्टेज के साथ लागू किया, एक memristor की वर्तमान बनाम वोल्टेज विशेषता एक चुटकी हिस्टैरिसीस पाश है. यह दिखाया गया है कि P polycephalum एसी वोल्टेज के तहत चुटकी हिस्टैरिसीस छोरों का उत्पादन और अनुकूली व्यवहार है कि एक memristor के कामकाज के साथ तुलनीय है प्रदर्शित करता है । इस पत्र की विधि है कि हम जैव memristors के साथ लागू करने के लिए विकसित प्रस्तुत P polycephalum और संस्कृति के लिए एक संदूक के विकास का परिचय जीव है, जो एक इलेक्ट्रॉनिक सर्किट घटक के रूप में अपनी तैनाती की सुविधा । हमारी विधि के विकास के समय में कमी, घटक उंर बढ़ाने के लिए सिद्ध किया है, और विद्युत टिप्पणियों के मानकीकरण ।
Introduction
संधारित्र, रोकनेवाला, और प्रारंभ करनेवाला: आज के कंप्यूटर ३ २-टर्मिनल मौलिक निष्क्रिय सर्किट तत्वों का उपयोग कर निर्मित कर रहे हैं. निष्क्रिय तत्वों केवल अपव्यय या भंडारण ऊर्जा, यह पैदा नहीं करने में सक्षम हैं । ये तत्व 18वें और 19वें शताब्दी में स्थापित किए गए थे और मैक्सवेल के समीकरणों के माध्यम से जुड़े हुए हैं । हम चार सर्किट चर अर्थात् के दो के बीच अपने रिश्ते के संदर्भ में इन तीन सर्किट घटकों में से प्रत्येक को परिभाषित, वर्तमान (I), वोल्टेज (वी), प्रभारी (क्यू), और फ्लक्स-लिंकेज (φ) । प्रभारी वर्तमान और फैराडे के कानून के अभिंन समय प्रवाह के अभिंन अंग के रूप में वोल्टेज को परिभाषित करता है । इस प्रकार, एक संधारित्र वोल्टेज और चार्ज के बीच एक संबंध द्वारा परिभाषित किया गया है, एक रोकनेवाला वोल्टेज और वर्तमान के बीच एक संबंध द्वारा परिभाषित किया गया है, और प्रारंभ करनेवाला प्रवाह और वर्तमान के बीच एक संबंध द्वारा परिभाषित किया गया है. अच्छी तरह से एक सदी से अधिक के लिए, इन तत्वों इलेक्ट्रॉनिक्स की आधारशिला थे । हालांकि, वे केवल सर्किट चर के बीच संभव चार रिश्ते जोड़े के तीन प्रतिनिधित्व करते हैं, प्रवाह को छोड़कर-लिंकेज और आरोप अनलिंक । १९७१ में, लियोन Chua एक कागज1 जहां उंहोंने माने कि वहां एक लापता चौथा तत्व है कि शेष दो चर, जो वह memristor बुलाया जुड़ा हुआ था प्रकाशित किया । memristor एक रोकनेवाला है कि अपने इतिहास को याद के रूप में वर्णित किया जा सकता है, इसलिए संकुचन ' स्मृति रोकनेवाला. यह तत्व पहले से लागू वोल्टेज और इसकी अवधि के परिमाण के अनुसार इसके प्रतिरोध में फेरबदल से कार्य करता है । इसके अलावा, memristor अपने पिछले प्रतिरोध राज्य बरकरार रखती है एक बार वोल्टेज अब लागू किया जाता है । संधारित्र के विपरीत, रोकनेवाला, और प्रारंभ करनेवाला, memristor के व्यवहार है, जो अपने I-V प्रोफ़ाइल में स्पष्ट है, जहां एक चुटकी हिस्टैरिसीस पाश एक एसी वोल्टेज के तहत गठित है. इस पाश उच्च और कम प्रतिरोधी राज्यों के दो सीधा दोलन युक्त एक Lissajous आंकड़ा के रूप लेता है. है Chua औपचारिक memristance सिद्धांत से पहले, अंय शोधकर्ताओं ने कुछ आवृत्तियों पर स्मृति प्रतिरोध प्रभाव पर सूचना दी थी जब ऐसे पॉलिमर और धातु आक्साइड के रूप में सामग्री के साथ प्रयोग, माइक्रोमीटर में विद्युत उपकरणों के विकास के साथ साथ स्केल2. हालांकि, कई मामलों में, इन प्रभावों को अवांछनीय माना गया । यह लगभग ४० साल लग गए है Chua formalization के लिए एक भौतिक उपकरण से जुड़ा है और शोधकर्ताओं के लिए memristive प्रभाव शोषण के तरीकों को विकसित करने के लिए शुरू । HP प्रयोगशालाओं में एक टीम २००८3 है कि तत्व में भारी रुचि प्रज्वलित में एक memristive उपकरण बनाने में सफल रहे ।
कंप्यूटर वैज्ञानिकों के कारण memristor में एक गहरी रुचि है इसे पहले तत्व के रूप में जमा किया जा रहा है एक इकाई में प्रसंस्करण और स्मृति क्षमताओं गठबंधन । यह भी व्यवहार है कि इस तरह के स्पाइक के रूप में कुछ स्नायविक प्रक्रियाओं के अनुरूप है प्रदर्शित करता है-समय पर निर्भर प्लास्टिक (STDP)4, नाम पर एक । इस तरह के व्यवहार के निर्माण के परिप्रेक्ष्य में वृद्धि दे रहे है मस्तिष्क की तरह कंप्यूटिंग प्रौद्योगिकियों कि त्यागना स्मृति और केंद्रीय प्रसंस्करण इकाई (या CPU) के बीच भेद5। memristors विकसित करने के लिए लोकप्रिय दृष्टिकोण के विपरीत (TiO का उपयोग कर2, उदाहरण के लिए), हमारी महत्वाकांक्षा को एक कार्बनिक जैव memristor विकसित करना है । इसके अलावा, हम कैसे इस घटक इंजीनियरिंग कंप्यूटिंग उपकरणों के लिए पारंपरिक दृष्टिकोण से परे मानदंड की खोज का मतलब प्रदान कर सकते में रुचि रखते हैं; उदा, कंप्यूटर संगीत6के क्षेत्र में रचनात्मक अनुप्रयोगों ।
Memristance एक प्रभाव है कि शोधकर्ताओं ने हाल ही में जैविक प्रणालियों की एक सीमा के दौरान पाया है । उदाहरण के लिए, memristive गुण मुसब्बर वेरा पौधों7 और मानव त्वचा8में मनाया गया है, लेकिन दो का हवाला देते हैं । इन खोजों से संकेत मिलता है कि यह जैविक सब्सट्रेट पर प्रसंस्करण और स्मृति उपकरणों को लागू करने के लिए संभव हो सकता है. प्रौद्योगिकी के क्षेत्र में उपयोग कार्बनिक प्रणालियों हमें स्वयं के रूप में रोमांचक अवधारणाओं का पता लगाने के विधानसभा, स्वयं की मरंमत, कम पर्यावरणीय प्रभाव, और आत्म शक्ति की अनुमति हो सकती है । इससे पहले कि हम इन अवसरों की जांच कर सकते हैं, लेकिन कई चुनौतियों को संबोधित किया जाना चाहिए । जैविक प्रणालियों के कई memristive गुण है कि महत्वपूर्ण बाधाओं है कि एक वास्तविक इलेक्ट्रॉनिक घटक के रूप में उनकी व्यवहार्यता सीमा है । उदाहरण के लिए, एक मुसब्बर वेरा पत्ती7 प्रकाश की जरूरत है, एक सीमित जीवन है, और एक सर्किट में एकीकृत करने के लिए मुश्किल होगा । इसके अलावा, कई अंय vivo memristive घटनाएं, जैसे मानव पसीना नलिकाएं8में, वर्तमान में प्रयोगशाला के बाहर उपयोग के लिए प्रणालियों के विकास और रोजमर्रा की इलेक्ट्रॉनिक प्रणालियों के लिए व्यवहार्य विकल्प नहीं हैं । हालांकि, सभी memristive घटना की, वहां एक संभावित उंमीदवार है: पी. polycephalum।
पी polycephalum का प्लाज्मोडियम एक अमली कोशिकीय प्रणाली है जिसे memristive घटक9,10के रूप में कार्य करने के लिए खोजा गया है । इस जीव के कारणों की एक संख्या के लिए हाइब्रिड हार्डवेयर-wetware इलेक्ट्रॉनिक्स में अनुसंधान के लिए एक आदर्श उंमीदवार है । सबसे पहले, जीव गैर रोगजनक, macroscopic है, और कोई विशेषज्ञ उपकरणों का उपयोग करें, जो प्लाज्मोडियम इंजीनियरों और गैर जीव के लिए सुलभ renders की आवश्यकता है । दूसरे, कोशिका को अमली रूप, तार जैसी शिराओं के नेटवर्क, और अधिकांश सब्सट्रेट (चित्र 1) पर विकसित होंगे । ये गुण कक्ष आकृति विज्ञान को परंपरागत विद्युत योजना के अनुरूप आसानी से delineated करने की अनुमति देते हैं. वहां भी है कि प्लाज्मोडियम चार साल से अधिक के लिए रह सकते है अनुसंधान का प्रदर्शन है11, और है कि अपनी नसों स्वयं के रूप में कार्य कर सकते है प्रवाहकीय रास्ते12मरंमत । कई प्रयोगशाला अध्ययनों ने जीव की memristive क्षमताओं की पुष्टि की है9,10,13 और अब समय अपनी क्षमता का पता लगाने के लिए पका हुआ है ।
Pका उपयोग करने का विचार । polycephalum memristors अपेक्षाकृत नया है । एक परिणाम के रूप में, वहां को मापने और उसके बिजली के गुणों को देख के लिए कोई स्थापित मानक हैं । एक ही अनुसंधान समूह के भीतर और समूहों के बीच प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं में एकरूपता की कमी का कारण हो सकता है वहां विसंगतियों के बीच9,10परिणाम प्रकाशित कर रहे हैं । यह संभावना है कि इस तरह के रूपांतर नमूना वृद्धि की स्थिति और हैंडलिंग में सबसे प्रमुख है । इस प्रकार, हम उत्पादन और परीक्षण के लिए तरीके स्थापित करने की जरूरत है P. polycephalum memristors जहां कारकों है कि त्रुटियों का कारण हो सकता है और नियंत्रित बेहतर निगरानी की । इसके अलावा, हम पी. polycephalum memristors है कि विद्युत प्रणालियों में स्थिर और आसान एकीकरण के लिए अनुमति देने के कार्यांवयन के तरीके बनाने की जरूरत है ।
इस पत्र में प्रस्तुत विधि एक बिजली के योजनाबद्ध में एक घटक के रूप में जीव को शामिल करने का साधन प्रदान करके polycephalum memristors के व्यावहारिक अनुप्रयोगों के अन्वेषण के लिए एक मंच प्रदान करता है । यह संभावना है कि इन तकनीकों के लिए वास्तविक दुनिया संकर हार्डवेयर का उपयोग करता है-wetware प्रणालियों का पता लगाने की तलाश में इंजीनियरों से अपील करेंगे । इसके अलावा, यह गैर के लिए सुलभ है, विशेषज्ञों (जैसे, खुले स्रोत इलेक्ट्रॉनिक प्रोटोटाइप उत्साही) जो अपरंपरागत कंप्यूटिंग के पहलुओं के साथ प्रयोग में रुचि हो सकती है, लेकिन यह मुश्किल प्रोटोटाइप खोजने के लिए उनके अनुकूल करने के लिए मिल गया है की. कुछ संभावित अनुप्रयोगों memristors spiking व्यवहार का दोहन संभाव्य मॉडल को लागू करने में शामिल हो सकते हैं, प्रदर्शन के लिए दृष्टिकोण विकसित करने के लिए राज्यीय logic संचालन, और सूचना भंडारण और प्रसंस्करण के लिए स्नायविक प्रक्रियाओं मॉडलिंग ।
Protocol
- चैंबर्स, ढक्कन, और बेस
- प्रिंटर इंटरफ़ेस का उपयोग करके प्रिंट बिस्तर तापमान सेट करने के लिए उच्च प्रभाव Polystyrene (कूल्हों) के साथ एक 3 डी प्रिंटर लोड ८५ & #176; ग और २३० & #176; ग करने के लिए बाहर निकालना जब तापमान तक पहुंच रहे हैं, आलसी हाथ ढीला, रेशा डालें, और नीचे धक्का जब तक यह गर्म अंत से बाहर निकालना शुरू होता है । फिर, रेशा आलसी हाथ कस और बाहर निकाले सामग्री को हटा दें ।
- एक 3 डी मुद्रण टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर है, जो आम तौर पर फ़ाइल टैब पर नेविगेट और आयात/खुला विकल्प का चयन द्वारा प्राप्त किया जा सकता है में 3 डी संदूक STL मॉडल फ़ाइल आयात करें (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा २ ).
- अगर टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर उच्च और निंन गुणवत्ता प्रिंट सेटिंग्स प्रदान करता है, जबकि यह भी सुनिश्चित करना है कि सही सामग्री प्रोफ़ाइल चयनित है उच्च गुणवत्ता का चयन करें ।
नोट: यदि एक रन में कई संदूकों मुद्रण, सुनिश्चित करें कि सॉफ्टवेयर एक समय में प्रत्येक वस्तु एक मुद्रित करने के लिए सेट है । यदि यह चरण छोड़ दिया जाता है, तो मुद्रण गुणवत्ता कम हो सकती है, जो भागों को एक साथ ढाले जाने पर सहिष्णुता के मुद्दों का कारण होगा । - एक बार मुद्रण पूरा हो गया है, जब तक प्रतीक्षा प्रिंट बिस्तर तापमान नीचे है ५० & #176; C भागों को हटाने के लिए.
- एक पतली तार ब्रश का उपयोग कर, धीरे किसी भी खामियों की इलेक्ट्रोड गर्तिका स्पष्ट है कि अवरोधों का कारण हो सकता है जब एक इलेक्ट्रोड के साथ चैंबर फिटिंग.
- इलेक्ट्रोड्स
- एक सफाई रेशा के लिए कूल्हों रेशा की जगह और प्रिंट सिर के माध्यम से सामग्री के बहुत चलाते हैं ।
- एक विद्युत प्रवाहकीय polylactic एसिड (पीएलए) रेशा है कि ०.७५ & #937 की एक मात्रा प्रतिरोधकता है के साथ प्रिंटर लोड;-मुख्यमंत्री या कम.
- प्रिंट बिस्तर तापमान सेट करने के लिए ६० & #176; सी और बाहर निकालना के लिए २३० & #176; c (मार्गदर्शन के लिए चरण 1.1.1 देखें).
- जब तापमान तक पहुंच जाते हैं, प्रिंट सिर के माध्यम से रेशा के कई सेंटीमीटर बाहर निकालना । इस प्रक्रिया में मदद मिलेगी सुनिश्चित करें कि पिछले सत्रों से सभी कण हटा रहे हैं ।
- एक 3d प्रिंटिंग टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर का उपयोग कर, इलेक्ट्रोड STL फ़ाइल लोड (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3 ).
- मुद्रण सेटिंग्स में, निम्न निर्दिष्ट करें: परत ऊँचाई = ०.१६ मिमी, शैल मोटाई = १.७ मिमी, नीचे/शीर्ष मोटाई = ०.७४ मिमी, भरण घनत्व = १००% (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ४ ).
- एक भाग में कई इलेक्ट्रोड मुद्रण करते हैं, तो एक समय में एक मुद्रित करने के लिए प्रिंटर सेट करें ।
- एक बार मुद्रित, प्रिंट बिस्तर पर इलेक्ट्रोड छोड़ जब तक वे कमरे के तापमान को ठंडा है । इससे यह सुनिश्चित होता है कि भाग विकृत नहीं हो जाता है और आकृति का हो जाता है ।
- संदूक विधानसभा
- स्लॉट दो कक्षों में से प्रत्येक में एक इलेक्ट्रोड. चरण 1.1.5 सही ढंग से पूरा किया गया है, तो इलेक्ट्रोड बहुत बल के बिना कक्षों में जाना चाहिए ।
- एक तेज स्केलपेल का उपयोग कर, Polyvinyl क्लोराइड (पीवीसी) टयूबिंग (4 मिमी भीतरी व्यास और 6 मिमी बाहरी व्यास) का एक 10 मिमी टुकड़ा काट यह सुनिश्चित करने के लिए कि प्रत्येक अंत सीधे और साफ काट रहा है देखभाल ले ।
- धीरे दो इलेक्ट्रोड के रिम पर 10 मिमी पीवीसी ट्यूबिंग के प्रत्येक छोर को कम.
- एक बार जुड़ा, दो मंडलों के आधार में क्लिप ।
- 2% आगार मध्यम तयारी
- गैर पोषक सूक्ष्मजीवविज्ञानी के 2 जी डाल एक २५० मिलीलीटर कांच की बोतल में पाउडर ।
- पानी के १०० मिलीलीटर जोड़ें और अच्छी तरह से मिश्रण ।
- आटोक्लेव १२१ पर 12-15 मिनट के लिए बोतल & #176; सी या एक उबलते पानी स्नान में 15-20 मिनट के लिए जगह.
- संदूक में आगर सब्सट्रेट की स्थापना & #39; s चेंबर्स
- पिघला एक पानी स्नान या माइक्रोवेव का उपयोग कर आगर ।
- पिघला हुआ आगर के साथ एक 2 मिलीलीटर पिपेट भरें ।
- भरण प्रत्येक संदूक & #39; s चेंबर्स के निब मंडराकर पिपेट लगभग 5 मिमी आंतरिक आधार से ऊपर और धीरे से जोड़ने के कुओं के नीचे तक ट्यूब छेद को भरने. कुओं को भरने के तुरंत बाद
- , प्रत्येक कक्षों पर एक ढक्कन लगाएं और तब तक संदूक को एक तरफ सेट करें जब तक कि आगर सेट न हो जाए और कमरे के तापमान पर पहुंच जाए ।
- P. polycephalum टीका
- दो मंडलों में से प्रत्येक में एक जई के गुच्छे प्लेस ।
- एक भूखे (लगभग 12 ज) प्लाज्मोडियम की संस्कृति से pseudopods की एक 2 मिलीलीटर बूँद निकालने के लिए और यह दो कक्षों में से एक में जगह है । तेज गति से विकास को बढ़ावा देने के लिए protoplasm को जीव के सबसे सक्रिय कीमोथैरेपी से लेने की कोशिश करें ।
Representative Results
प्रतिनिधि परिणाम पैदा करने के लिए, हम ऊपर वर्णित सटीक विधि का उपयोग कर 5 नमूनों की स्थापना की । एक नियंत्रण के लिए, 5 नमूनों को जल्दी पी polycephalum memristor जांच9,10में वर्णित विधि का उपयोग करने की भी व्यवस्था की गई । यहां, हम दो इलेक्ट्रोड की दूरी पर स्थान पर तैनात ~ 10 मिमी के भीतर ६० mm पेट्री व्यंजन । प्रत्येक इलेक्ट्रोड एक सर्कल के शामिल (~ 20 व्यास में मिमी) tinned तांबे के तार के (16 ०.२ मिमी पर खड़ा है) एक 2% गैर पोषक तत्वों से भरा (~ 2 एमएल) आगर. सभी नमूनों समय चूक कल्पना के माध्यम से निगरानी के लिए विकास समय की समीक्षा कर रहे थे । यहां, 5 संदूक नमूने टीका के 10 ज के भीतर दो इलेक्ट्रोड जुड़े । इनमें से सबसे तेजी से 2 एच के तहत में वृद्धि हुई है, और सबसे लंबे समय तक 10 घंटे का मतलब औसत वृद्धि समय 7 ज 24 मिनट के सभी 5 नमूने भर के साथ था । नियंत्रण नमूनों में से चार एक जोड़ने protoplasmic ट्यूब का उत्पादन किया और एक टीका इलेक्ट्रोड से प्रचारित लेकिन इससे पहले कि यह आवश्यक कनेक्शन बनाया बाहर सूख. नियंत्रण के नमूनों की सबसे जल्दी 19 घंटे के भीतर अपने संबंध बना दिया, जबकि धीमी 26 घंटे के नियंत्रण के नमूने भर में एक औसत वृद्धि समय के साथ ३६ ज लिया, 15 मिनट । इन आंकड़ों memristors प्रस्तुत विधि का उपयोग कर उगाया के लिए विकास के समय में एक महत्वपूर्ण कमी दिखाते हैं ।
एक memristor का I-V प्रोफ़ाइल इसकी सबसे परिभाषित सुविधा है । जैसे, हम नमूने पर मैं-V माप प्रदर्शन करने के लिए इस पत्र के लिए प्रतिनिधि परिणाम का उत्पादन । यहां, तात्कालिक वर्तमान मापन एक १६०-कदम वोल्टेज साइन लहर के प्रत्येक बिंदु पर किए गए थे । प्रत्येक वोल्टेज कदम के एक स्थिर निवास समय था 2 एस बिजली माप एक २३० प्रोग्राम वोल्टेज स्रोत और एक ६१७ प्रोग्राम Electrometer का उपयोग कर बनाया गया था । इन उपकरणों का चयन किया गया क्योंकि वे वोल्टेज सोर्सिंग और उच्च संकल्प पर माप लेने में सक्षम हैं । प्रयोग एक बुझे कमरे में कमरे के तापमान पर आयोजित किया गया ।
चित्रा 6 ठेठ I-V curves P. polycephalum memristors पर परीक्षणों से उत्पादित दिखाता है । चित्रा 6c और 6d पेट्री व्यंजन में कार्यांवित घटकों से प्रतिनिधि माप के साथ भूखंडों दिखाओ । इस विधि का उपयोग करते हुए परिणाम बताते हैं कि, हालांकि एक ही नमूना पर मापा घटता आकृति समान हैं, हिस्टैरिसीस नमूना-करने के लिए नमूना से भिन्न होता है । इस तरह के भिन्नता चुटकी अंक, दोनों सकारात्मक और नकारात्मक पालियों की भयावहता, और नकारात्मक और सकारात्मक वोल्टेज डोमेन में माप के बीच समरूपता का स्थान भी शामिल है. इस प्रकार, मैं-V घटता memristors पर मापा पेट्री डिश विधि का उपयोग कर एक ' आदर्श ' memristor के पदचिह्न नहीं है क्योंकि चुटकी अंक शूंय वोल्टेज और वर्तमान में नहीं कर रहे हैं । संदूकों में उगाए गए memristors से प्रतिनिधि मापन के साथ चित्रा 6a और घमण्ड दिखाएँ रेखांकन. चुटकी बिंदु स्थानों और इन हिस्टैरिसीस छोरों के पालि आकार अलग वोल्टेज पर्वतमाला और समय चरणों, और नमूना करने के लिए नमूना घटता के तहत परीक्षण किया असतत नमूना घटता में दोनों अपेक्षाकृत लगातार कर रहे हैं । इसलिए, संदूक मैं-V curves एक ' आदर्श ' memristor पदचिह्न, जहां चुटकी अंक हमेशा एकवचन थे और लगभग लगातार शूंय वोल्टेज और वर्तमान में और अधिक याद ताजा कर रहे थे । हालांकि, हालांकि हिस्टैरिसीस morphologies नमूने के समान नमूना थे, नमूनों के बीच समग्र प्रतिरोध में भिन्नता थी । .
प्रारंभिक I-V माप के बाद पूरा किया गया, परीक्षण प्रत्येक नमूने पर एक बार एक दिन में किए गए जब तक वे कोई memristive घटता प्रस्तुत किया । 4 नियंत्रण नमूनों में से 2 प्रारंभिक परीक्षण के 2 दिनों के भीतर सूख गया है, जबकि शेष 2 एक और 2 दिनों के लिए चुटकी घटता रिकॉर्ड करने के लिए जारी रखा । संदूक के नमूनों को अपने memristance को बनाए रखा, जिनमें से 3 नमूने इससे अधिक कम 7 दिन के हैं । समय के साथ, संदूक नमूना है protoplasmic ट्यूबों के प्रत्येक मोटा हो गया, और समग्र प्रतिरोध में कमी थी, कुछ नमूनों के साथ एक एक्स 10 में मापने के नमूने के साथ 10 वी अपने पहले परीक्षणों में एक एक्स 10 -05 के खिलाफ रन ।
पाठक ने लेख में बताया है कि प्रस्तुत संदूक के व्यापक परीक्षण पर परिणामों के लिए14 रचाई ।
चित्र 1: प्लाज्मोडियम के 2 दिन पुरानी संस्कृति का एक फोटोग्राफ पी. polycephalum कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 2: यह टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर में भरी हुई है के बाद संदूक STL फ़ाइल का एक स्क्रीनशॉट । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 3: यह टुकड़ा करने की क्रिया सॉफ्टवेयर में भरी हुई है के बाद इलेक्ट्रोड STL फ़ाइल का एक स्क्रीनशॉट. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्रा 4: इलेक्ट्रोड STL मॉडल मुद्रण के लिए सेटिंग्स विन्यास का एक स्क्रीनशॉट.
चित्र 5: दो तस्वीरों का चित्रण पी. polycephalum memristors एक पेट्री डिश (बाएं) में कार्यांवित किया और इस पत्र (दाएं) में प्रस्तुत विधि का उपयोग कर । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 6: चार I-V रेखांकन है कि दो संदूक में उगाई memristors से उत्पादित (ए, बी) और दो पेट्री व्यंजन (सी, डी) में लागू किया गया । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।
चित्र 7: संदूक दिखा तस्वीरें विभिंन लंबाई पर ट्यूब बढ़ने के लिए इस्तेमाल किया जा रहा है ।
/> चित्रा 8: एक protoplasmic ट्यूबों दिखा रहा है कि कक्षों से डिस्कनेक्ट कर दिया गया है तस्वीर ।
Discussion
इस कागज myxomycete पी polycephalumसे बाहर memristors बढ़ती के लिए एक विधि प्रस्तुत किया । जीव 3 डी मुद्रित संदूकों कि जैव memristors को लागू करने के साथ जुड़े रहे हैं बाधाओं में से कुछ को दूर करने के लिए डिजाइन किए गए अंदर उगाया जाता है । ऐसी सीमाओं सेटअप समय, नमूना वृद्धि समय, और नमूना करने के लिए नमूना वृद्धि की स्थिति और विद्युत टिप्पणियों के लिए मानकीकरण की कमी शामिल हैं ।
हमारे संदूक पहले प्रायद्वीप कला समकालीन संगीत समारोह २०१६ (PACMF) और संबंधित वेबसाइट के लिए मुद्रित प्रचार सामग्री में २०१५ में पता चला था15। यहां, हमारी प्रौद्योगिकी के लिए एक संकर हार्डवेयर-bioware इंटरैक्टिव संगीत प्रणाली है कि एक जीवित संगीतकार के लिए संगीत संगत पैदा करने में सक्षम था विकसित किया गया था । संदर्भ में14, हम हमारे संदूक के व्यापक परीक्षण पर सूचना दी और पिछले दृष्टिकोण9,10के खिलाफ परिणामों की तुलना में । इन घटनाओं के बाद, शोधकर्ताओं के एक अंय समूह ने बाद में विकास के वातावरण बनाने के लिए जीव के thermistive गुणों का अध्ययन16का पता लगाया, लेकिन ये memristive गुण के रूप में ही नहीं हैं । वहां है, तथापि, केवल पी polycephalum memristors13,17को लागू करने के लिए एक नियंत्रित दृष्टिकोण विकसित करने में दो अंय प्रयास किया गया है । इन प्रयोगों में, कुओं को एक जेल की तरह polydimethylsiloxane (PDMS) नामक elastomer सामग्री से बनाया गया था, और इलेक्ट्रोड विभिन्न धातुओं या पाली (3, 4-ethylenedioxythiophene):p oly (styrene sulfonate) (PEDOT: PSS) का उपयोग कर बनाया गया था । हालांकि इन सामग्रियों नियमित रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स, microfluidics, और बायोनिक इंजीनियरिंग में इस्तेमाल कर रहे हैं, वे महंगे है और कुछ विशेषज्ञता का उपयोग करने की आवश्यकता है । उदाहरण के लिए, PEDOT: PSS स्पिन-कोटिंग और इसकी चालकता में सुधार करने के लिए डोपिंग की जरूरत है । इसलिए, तकनीकों तक पहुंच से बाहर है लोगों के लिए विशेषज्ञ संसाधनों तक पहुंच नहीं है । इस लेख में प्रस्तुत संदूक तरीकों और सामग्री है कि आसानी से पहुंचा और सस्ती कर रहे है का उपयोग करें । इसके अलावा, डिजाइन आवास के लिए प्लाज्मोडियम के लिए एक मेहमाननवाज वातावरण प्रदान करता है, जो अंय P. polycephalum memristor प्रोटोटाइप के विपरीत है, जहां कोई प्रयास समय की किसी भी अवधि के लिए सेल जीवित रखने के लिए किया गया था ।
अब तक, यह गया है कि लगातार मैं-V माप पेट्री व्यंजन पर जीव संवर्धन के लिए पिछले तरीकों का उपयोग कर प्राप्त करने के लिए मुश्किल है (चित्रा 5, बाएं) । हमारे तरीकों में इस परिदृश्य में काफी सुधार हुआ (चित्र 6) । हमारे संदूक के परीक्षण के परिणाम दिखा दिया है कि डिजाइन वृद्धि समय, वृद्धि की उंर, मानकीकृत घटक प्रतिक्रियाओं में कमी आई है, और एक संरक्षित microenvironment के लिए जीव encapsulated बनाया । इसके अलावा, इस उपकरण के एक विद्युत योजना के एक घटक के रूप में जीव को एकीकृत करने का संभव साधन प्रदान करता है ।
प्रस्तुत विधि विद्युत प्रणालियों के भीतर पी. polycephalum memristors के दोहन से संबंधित कई मुद्दों को समाप्त । वहां रहे हैं, तथापि, सीमाएं है कि आगे अनुसंधान और विकास की आवश्यकता है । संदूकों तापमान में एक त्वरित परिवर्तन करने के लिए अधीन हैं या यदि लंबी अवधि के लिए एक उच्च वोल्टेज लागू किया जाता है तो सबसे पहले, संघनित्र जोड़ने ट्यूब के भीतरी सतह पर इकट्ठा कर सकते हैं । बाद जीव उच्च विद्युत ऊर्जा गर्मी में स्थानांतरित करने के कारण प्रतिरोध के कारण है । यदि महत्वपूर्ण, संघनित्र कनेक्टिंग ट्यूब के दोनों छोर पर दो इलेक्ट्रोड के बीच एक कम प्रतिरोधी मार्ग बना सकते हैं । इस सीमा को प्रभावी ढंग से सुनिश्चित करना है कि memristors अतिभारित नहीं कर रहे है द्वारा प्रबंधित किया जा सकता है । दूसरे, प्रस्तुत विधि का उपयोग कर उत्पादित memristors का समग्र प्रतिरोध घटक से भिन्न हो सकते हैं-घटक करने के लिए. इस तरह के एक घटना protoplasmic ट्यूब के बाहरी व्यास सीमित नहीं दृष्टिकोण का एक परिणाम हो सकता है । नतीजतन, उपयोगकर्ताओं को memristors के अपने आवेदन में एक अंशांकन प्रक्रिया को शामिल करने की आवश्यकता हो सकती है ।
इस पद्धति के लिए धंयवाद, अब हम जैविक प्रक्रियाओं है कि पी polycephalumमें memristive टिप्पणियों पैदा कर रहे है अध्ययन शुरू कर सकते हैं । यह संभावना है कि इस तरह की प्रक्रियाओं गतिशील पैरामीटर है कि हम तत्व के उपयोग को बढ़ाने के लिए शोषण करने में सक्षम हो सकता है । हम कुछ प्रारंभिक प्रयोग चल शुरू कर दिया है जहां extracellular आयन सांद्रता की समीक्षा करने के लिए बदल रहे है अगर वोल्टेज-gated आयन चैनल memristance में एक भूमिका निभाते हैं ।
प्रस्तुत संदूक पूरी तरह से पी polycephalum memristors को लागू करने के लिए डिजाइन किए गए थे । इन उपकरणों की संभावना है, तथापि, एक एकल घटक को लागू करने के पार का उपयोग करता है । उदाहरण के लिए, संदर्भ में12,18, protoplasmic ट्यूब एक आत्म कोडांतरण और स्वयं जैविक तार की मरंमत के रूप में अध्ययन किया गया था । इन दोनों जांचों में शोधकर्ताओं ने यह व्यक्त किया कि आगे के काम के लिए एक योजना के अनुसार protoplasmic ट्यूब उगाने के तरीकों को स्थापित करने की जरूरत थी. इस पत्र में आगे रख संदूक दो, या संभावित अधिक, अंक के बीच ट्यूब के उत्पादन delineating की एक विधि प्रदान करते हैं । चित्रा 7 दो तस्वीरें illustrating है कि संदूकों से अधिक १०० mm लंबाई में स्वस्थ ट्यूबों विकसित करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है दिखाता है । संदर्भ में18, protoplasmic ट्यूब के हस्तांतरण समारोह की जांच की गई । इस जांच से परिणाम संकेत दिया कि ट्यूब विकसित करने के लिए आवश्यक आगार एक मुद्दे का कारण हो सकता है अगर जीव को एक बिजली प्रणाली में एकीकृत किया जाना था । यह सब्सट्रेट समाई के कारण है । यहां प्रस्तुत संदूकों अभी भी आगर नमी उच्च रखने के लिए की आवश्यकता है । हालांकि, संदूक के डिजाइन में छोटे परिवर्तन के साथ, यह एक detachable ट्यूब बनाने के लिए संभव है । इस सेट के लिए ट्यूब कक्षों से डिस्कनेक्ट होने के लिए एक बार विकास पूरा हो गया है और एक विद्युत प्रणाली में काटा गया है की अनुमति हो सकती है । इसके अलावा, एक बार ट्यूब स्वास्थ्य खराब करने के लिए शुरू होता है, यह भोजन और राहत के लिए नए कक्षों को फिर से कनेक्ट किया जा सकता है जब तक यह खुद की मरंमत की है और फिर से इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 8 लंबे ट्यूबों कि कक्षों से काट दिया गया है की एक तस्वीर से पता चलता है । भविष्य के अनुसंधान के लिए protoplasmic ट्यूब के बिजली के गुणों की जांच की जरूरत है और जब आगर प्रस्तुत विधि का उपयोग कर लंबाई में हो गया ।
Disclosures
लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस अनुसंधान प्लायमाउथ विश्वविद्यालय के मानविकी और प्रदर्शन कला के स्कूल द्वारा वित्त पोषित किया गया । लेखक अपने प्रवाहकीय पीएलए के नमूनों की आपूर्ति के लिए Functionalize को स्वीकार करना चाहेंगे ।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Conductive PLA filament 2.85mm | Functionalize | FE_1LB_2.85MM | Conductive 3D Printing Filament |
| HIPS Filament 3mm 1KG (black) | NuNus | 104856 | 3D printing filament |
| Cleaning Filament, 3mm, 0.1 kg, Natural | 3D Prima | 3DPCLEAN300 | 3D cleaning filament |
| Lulzbot Taz 5 | Lulzbot | TAZ 5 | 3D printer |
| Agar powder | Sigma-Aldrich | 0504 | Non-nutrient microbiological Agar powder |
| 4mm ID x 6mm OD Clear PVC Tubing Pipe Hose 5 Metres | Amazon | B008NC4JUO | Roll of PVC tubing |
| Physarum polycephalum Plasmodium, Living, Plate | Carolina Biological Supply Company | 156193 | Plasmodium culture. |
| Oat Flakes | Carolina Biological Supply Company | Oak flakes to feed the Plasmoidum | |
| Cura | Lulzbot | Cura LulzBot Edition | https://www.lulzbot.com/cura |
| 230 Programmable Voltage Source | Keithley Instruments | Voltage source instrument. | |
| 617 Programmable Electrometer | Keithley Instruments | Electrometer to measure low currents. |
References
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